Evolução dos Processadores.

Evolução dos Processadores
Felipe Tusset
Índice
Eniac o Pai dos Computadores Modernos ....................................... 1
Processadores Intel ................................................................... 8
Linha do Tempo ...................................................................... 8
Principais Características do Processador....................................10
4004, 8008, 8080, 8086..........................................................12
286......................................................................................14
386......................................................................................17
486......................................................................................19
Pentium Clássico ....................................................................20
Pentium MMX ........................................................................20
Pentium Pró ..........................................................................22
Pentium II.............................................................................23
Pentium III ...........................................................................25
PII Xeon e PIII Xeon ...............................................................27
Celeron.................................................................................28
Pentium 4 .............................................................................28
Itanium ............................................................................................ 29
AMD.......................................................................................30
586 e K5...............................................................................30
K6 .......................................................................................31
K6-2 ....................................................................................32
K6-III...................................................................................34
Duron...................................................................................35
Athlon ..................................................................................36
VIA Cyrix ................................................................................41
6x86, 6x86 MX, MII ................................................................42
Cyrix III, Via C3 .....................................................................44
Transmeta Crusoe ....................................................................45
IDT WinChip-2, WinChip-3, WinChip C6 .......................................47
Texas Instruments, IBM, NexGen................................................49
Processadores Para o Próximo Milênio..........................................50
Introdução
A pesquisa a seguir vai mostrar o processo evolutivo dos processadores, que nada
mais é que um pedaço de silício com inúmeros condutores começando do famoso
Eniac computador formado por válvulas que ocupava uma sala inteira até os
processadores mais avançados, como os Pentium 4 e os novos AMD K7 que são
menores que um mouse.
As quatro principais divisões do documento vai ser pelas respectivas empresas: Intel,
AMD (Advanced Micro Device), e Cyrix que são as maiores do ramo bem como
empresas secundárias, sendo cada uma delas mostrando os primeiros processadores
até os últimos modelos e previsões futuras.
Evolução dos Processadores
Eniac o Pai dos Computadores Modernos
Charles Babbage, considerado o pai do computador atual, construiu em
1830 o primeiro computador do mundo, cem anos antes de se tornar
realidade. O projeto de Babbage apresentava desvantagens; uma delas era o
fato de que o seu computador deveria ser mecânico, e a outra era a
precariedade da engenharia da época. Apesar dos problemas, Charles Babbage
construiu um aparelho que impressionou o governo inglês.
Entretanto, a história da computação começou muito antes. Como sabemos,
o computador é uma máquina capaz de efetuar cálculos com um grupo de
números e ainda adaptável para efetuar novos cálculos com um outro grupo de
números. O primeiro "modelo" foi o ábaco, usado desde 2000 a.C. Ele é um
tipo de computador em que se pode ver claramente a soma nos fios.
Blaise Pascal, matemático, físico e
filósofo francês, inventou a primeira
calculadora mecânica em 1642. A
calculadora trabalhava perfeitamente, ela
transferia os números da coluna de
unidades para a coluna de dezenas por
um
dispositivo
semelhante
a
um
velocímetro do automóvel. Pascal chamou
sua invenção de Pascalina.
Nos anos que se seguiram, vários projetos foram feitos com intuito de
aperfeiçoar essa primeira calculadora. Entretanto, nada de significativo
aconteceu, até que Babbage e Ada Lovelace começaram a considerar melhor o
problema. Em 1822, Babbage apresentou a Sociedade Real de Astronomia o
primeiro modelo de uma máquina de "diferença", capaz de fazer cálculos
necessários para elaborar uma tabela de logaritmos. O nome da máquina foi
derivado de uma técnica de matemática abstrata, o método das diferenças.
Com o incentivo da sociedade, Charles Babbage continuou a trabalhar no
aperfeiçoamento da máquina.
Máquina de diferença; Babbage.
2
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Evolução dos Processadores
Com Ada Lovelace, filha de Lord Byron, iniciou um projeto mais ambicioso
para construir uma "máquina analítica". Foi projetada para calcular valores de
funções matemáticas bem mais complexas que as funções logarítmicas. A
máquina era enorme, demostrava inúmeros problemas e simplesmente não
funcionava. Grande parte da arquitetura lógica e da estrutura dos
computadores atuais provém dos projetos de Charles Babbage, que é
lembrado como um dos fundadores da computação moderna.
Máquina analítica de Ada Lovelace.
Só por volta de 1936, as idéias de Babbage foram comprovadas, quando um
jovem matemático de Cambridge, Alan Turing, publicou um artigo, pouco
conhecido, On computable numbers. O nome de Turing é quase desconhecido
para o público, mas sua contribuição foi fundamental para o desenvolvimento
de idéias que ocorreriam antes do computador propriamente dito tornar-se
realidade. Os cientistas admitiam que a matemática não era uma arte
misteriosa, e sim uma ciência inteiramente relacionada com regras lógicas. Se
uma máquina recebesse essas regras e o problema a ser solucionado, ela seria
capaz de resolve-lo. No entanto, os esforços dos mais competentes
matemáticos foram inúteis para desenvolver tal máquina. Turing decidiu
examinar o impasse de outra maneira. Verificou os tipos de problemas que
uma máquina poderia resolver seguindo regras lógicas, e tentou fazer uma
lista de todos eles. Turing liderou uma equipe de pesquisa na Inglaterra e
desenvolveu a mais secreta invenção da Segunda Guerra Mundial, o Colossus,
o primeiro computador eletromecânico do mundo, que pode decifrar os códigos
alemães de mensagens "Enigma", durante a guerra, melhor apresentado
abaixo.
Depois da guerra, Turing colaborou no projeto do primeiro computador dos
Estados Unidos, o Eniac (Eletrical Numerical Integrator and Calculator),
desenvolvido na Universidade da Pensilvânia desde 1943. Ainda imperfeito, era
composto de 18000 válvulas, 15000 relés e emitia o equivalente a 200
quilowatts de calor. Essa enorme máquina foi alojada em uma sala de 9m por
30m. O desenvolvimento do computador continuou, mas só com a invenção do
transistor de silício, em 1947, tornou-se possível aumentar a velocidade das
operações na computação.
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Evolução dos Processadores
Modelo do Eniac.
Em meados dos anos 60, os cientistas observaram que um circuito
eletrônico funcionaria de modo igualmente satisfatório se tivesse o tamanho
menor. Os laboratórios começaram experimentando a colocação de um projeto
de circuito no chip. Antes do fim dos anos 60, nasceu o "circuito integrado",
com isso a computação deu um grande passo à frente. O desenvolvimento de
um circuito em um único chip levou à construção de múltiplos circuitos em um
só chip; e o resultado inevitável da colocação de vários chips juntos foi o
começo do microprocessador.
A Figura Abaixo Mostra o Eniac em um Chip de Silício.
Eniac II.
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Evolução dos Processadores
Diferenças entre os Eniacs.
Componente
Eniac
Eniac II Chip
Tubos de Vácuo
18.000
Não Tem
Transistors
Não Tem
250.000
Resistors
170.000
Não Tem
Capacitores
10.000
Não Tem
Velocidade do Clock
100 KHz
20 MHz
Energia para operar
174 Kw
0.5 W
Jornal Mostrando o Lançamento do Eniac II.
Ábaco, usado desde 2000 a.C. Ele é
("Digamos Assim") o primeiro
computador
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5
Evolução dos Processadores
Um outro grande projeto da época, anterior ao ENIAC e por isso pioneiro, foi
o Colossus, desenvolvido na Inglaterra no período de 1939 a 1943 com a
intenção de quebrar o código da máquina de criptografia alemã denominada
Enigma, que gerava seqüências aleatórias com período de 1019 caracteres.
Deste projeto, tomou parte Alan Turing, certamente um nome conhecido hoje
em dia. Após a guerra, esse projeto foi descontinuado, mas permaneceu
secreto até 1973. Dizem que, se esse projeto fosse publicado logo após a
término da guerra, teríamos hoje uma grande indústria inglesa de
computadores.
O termo “bug”, que sempre
foi usado pelos engenheiros
para indicar pequenas falhas
em suas máquinas. Já em
1870, Thomas Edison falava
de “bugs” em seus circuitos
elétricos.
Em
1947,
os
engenheiros que trabalhavam
com o Harvard Mark I
encontraram uma traça entre
seus circuitos, prenderam-na
no
livro
de
registro
e
rotularam-na
como
o
“primeiro bug” encontrado,
como vemos na Figura
6
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Evolução dos Processadores
Já na área dos microcomputadores, perguntamo-nos: qual foi o primeiro ? Em
1975 a Revista “Popular Electronics” apresentou o projeto e anunciou a venda do
“kit” do primeiro microcomputador. Era o Altair 8800, baseado no
microprocessador 8008 da Intel, cuja foto está na Figura 1. O nome Altair é uma
homenagem ao planeta onde se passa o filme “O Planeta Proibido” (1956) , onde
aparece um robot (“Robbie”) cuja imagem ficaria famosa (Figura 2). Foi também
para esse microcomputador que a dupla Paul Allen e Bill Gates vendeu um de seus
primeiros produtos: um interpretador Basic.
PDP-8, primeiro computador
com
preço
acessível, tendo sido
uma máquina da série
PDP onde Ken Thompson
e Dennis Ritchie desenvolveram o UNIX.
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Evolução dos Processadores
Processadores Intel
Linha do Tempo
1968 - A empresa Intel é fundada por Robert N. Noyce, Gordon E. Moore e
Andrew Grove. Robert N. Noyce foi o inventor do circuito integrado.
1969 - A 3101 RAM de 64 bits é desenvolvida pela Intel.
1970 - A Dinamic é desenvolvida pela Dinamic RAM.
1971 - É desenvolvido o Microprocessador 4004 de 4 bits e EPROM 1702.
1972 - É desenvolvido o Microprocessador 8008 de 8 bits.
1974 - É desenvolvido o Microprocessador 8080 de 8 bits.
1976 - É desenvolvido o 8748/8048, o 1o. Microcontrolador.
1976 - É desenvolvido o Microprocessador 8085 de 8 bits.
1978 - É desenvolvido o Microprocessador 8086 de 16 bits. Surge aqui a era
dos TV games (futebol, tênis, paredão, etc).
1979 - É desenvolvido o Microprocessador 8088 de 8 bits.
1980 - É desenvolvido o Co-processador matemático 8087.
1981 - É desenvolvido o Microcomputador IBM-PC baseado no 8088.
A IBM licencia o MS-DOS como sistema operacional do PC.
No Brasil
• É desenvolvido o Sistema 700 da Prológica com 2 CPUs Z80 da
Zilog e 64k.
• É desenvolvido o NE Z80 com 1k, expansível até 16k, gravador
cassete, TV, com 102 funções.
• É desenvolvido o CP 500 com 48k, disquetes e RS 232.
A revista Time escolhe o computador como o Homem do Ano.
1982 - É desenvolvido o Microprocessador 80286 de 16 bits.
Surge o Arquivamento Óptico.
O Microcomputador 80186, usado em aplicações de controle.
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Evolução dos Processadores
É desenvolvido o NE Z8000 com 8k.
É desenvolvido o CP 200 e TK 82C da Microdigital com 64k, joystick,
som, impressora e disquetes.
1983 - A Microsoft lança o Windows, que tornou o DOS mais fácil de ser usado.
1984 - É desenvolvido o IBM PC-AT baseado no 80286.
1985
- É desenvolvido o Microprocessador
(carinhosamente apelidado de "Três-oitão).
80386
DX
de32
bits
1986 - É desenvolvido o Compaq PC 386
1987 - A IBM-MS (Joint Development Agreement) OS/2 assinam um acordo
desenvolvimento conjunto.
São desenvolvidos o Windows 2.0, Excel e o Bookshelf, os quais
ultrapassam 500 milhões de dólares.
1988 - É desenvolvida a Memória com tecnologia Flash.
Os HD's atingem a incrível marca dos 380 MB.
Surge a febre dos vírus.
A Apple anuncia que levará a Microsoft aos tribunais.
É desenvolvido o Microprocessador 80386 SX com largura do barramento
de 16 bits.
1989 - É desenvolvido o Microprocessador 80486DX de 32 bits, com clock de
25 MHz e 20 MPIS, uma performance 50 vezes maior que o 8088.
1990 - É desenvolvido o Windows 3.0, cujas vendas ultrapassam 1 bilhão de
dólares.
1991 - É desenvolvido o 80486 SX.
1992 - São desenvolvidos os Processadores 80486 DX2 de 32 bits, com clock
de 50 MHz e 41 MPIS, e o Processador 486 DX2-66 com 1,2 milhões
de transistores.
1993 - É desenvolvido o Processador Pentium de 60 e 66 MHz.
É desenvolvida a versão empresarial do Windows, encarta em CD-ROM.
1994 - São desenvolvidos os Processadores Pentium 90 e 100 MHz, e o
Processador 486 DX4 de 32 bits, com clock de 100 MHz e 70,7 MPIS.
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Evolução dos Processadores
1995 - É desenvolvido o Processador Pentium Pro de150, 166, 180 e 200 MHz,
além de ser desenvolvido o Windows 95.
1996 - É desenvolvido o Processador Pentium Pro de 200 MHz.
1997 - Janeiro: É desenvolvido o Pentium MMX Tecnology de 166 e 200 MHz
com barramento externo de dados de 64 bits e endereçamento de 32
bits.
Junho: É desenvolvido o Pentium MMX de 233 MHz.
Maio: É desenvolvido o Pentium II de 233, 266, 300 MHz, tecnologia de
encapsulamento de cartucho S.E.C. (Single Edge Contact). Ela combina
as tecnologias do Processador Pentium Pro com a MMX. A tecnologia AGP
acelera a velocidade de tráfego de dados do processador para as placas
gráficas.
É desenvolvido o DVD (Digital Video Disc) com capacidade para 7 a 28
vezes mais informações que os CDs musicais e cd-rom's de computador.
Julho: É citado o nome Memphis, que era uma versão de teste de
atualização do sistema, rebatizado pela Microsoft de Windows 9x.
1998 - É desenvolvida a atualização do Windows 95.
Todos os microprocessadores, processadores e co-processadores
relacionados foram desenvolvidos pela Intel Corporation, salvo menção
contrária.
Principais Características do Processador
Algumas características são essenciais para determinar a performance de um
processador. Podemos destacar:
A freqüência do relógio (clock): estabelece o sincronismo para a
comunicação entre os elementos do hardware (memória, processador,
periféricos). Quanto maior for o clock, mais operações poderão ser executada
no mesmo tempo. Convém salientar que por questão econômicas e técnicas
(interferências) as placas periféricas geralmente possuem freqüências menores
do que a do processador. A evolução no processo de fabricação do chip com a
diminuição de sua potência permite, que o clock cresça cada dia mais. A
limitação é o aquecimento do processador que causa erros nas operações;
O barramento interno e externo: os processadores tem evoluído em relação
ao comprimento do código que pode ser trabalhado em uma única operação.
Os primeiros processadores permitiam trabalhar com palavras de 8 bits, depois
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Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
vieram os processadores de 16, 32 e atualmente estes trabalham com códigos
de 64 bits. Outro detalhe importante é que a rápida evolução dos
processadores não é acompanhada por muitas placas periféricas por questões
econômicas e para permitir, também, a compatibilidade dos novos
equipamentos com equipamentos antigos o processador permite a
comunicação com estas placas através de um barramento de "menor
capacidade", ou seja, é possível mesmo para um processador 64 bits, trocar
informações com placas de 8, 16 ou 32bits;
O conjunto de instruções do processador: Um processador pode realizar
todas as operações com um número bem pequeno de instruções. Como os
primeiros processadores eram de 8/16 bits, as instruções manipulavam então
8 e 16 bits. Para garantir a compatibilidade com o processador anterior a cada
novo processador são mantidas as anteriores e introduzidas novas instruções
para garantir um aproveitamento maior do seu novo potencial. Isto torna a
execução dos programas mais rápidos quando os tradutores e compiladores
forem converter o código fonte para o código de máquina, por gerar um código
de máquina menor e mais eficiente. Abaixo podemos ver uma tabela que
mostra o número de instruções desde o 8088 (usado no PC-XT até o MMX).
Comentários sobre estes número de instruções serão realizados no decorrer do
trabalho
Microprocessador
Instruções Básicas
Diferença
8088
115
----
286
142
27
386
200
58
486
206
6
Pentium
216
10
MMX
263
57
O cache de memória: Existem vários tipos construtivos de memórias: há
memórias mais rápida e memórias mais lentas. As rápidas possuem custo
muito elevado e por esse motivo o banco de memória RAM de um computador
geralmente é constituído por chips de memórias mais lentos pois são
necessários vários MB para rodarem os aplicativos. Quando o processador
solicita o conteúdo de uma posição de memória precisa esperar vários ciclos do
relógio até que a informação esteja disponível para o operação necessária.
Devido a organização dos programas, o processador geralmente acessa
repetidas vezes durante o processamento as mesmas posição da memória ou a
posições próximas desta. Criou-se então o cache de memória, um banco de
memória pequena porém rápida que armazena o conteúdo das ultimas
posições de memória solicitadas pelo processador. Assim o processador
primeiro consulta o cache e se o conteúdo da posição necessária estiver já
estiver no cache, não será necessário esperar que ele seja transferido da
memória. Os primeiros processadores a terem cache possuíam-no externo.
Depois começaram a possuir um cache bem pequeno muito rápido, chamado
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11
Evolução dos Processadores
de nível um (L1), utilizado para armazenar instruções e dados da execução
dinâmica* do processador e um segundo mais lento (porém de acesso muito
mais rápido que o da memória), chamado cache de nível dois (L2), que
armazena dados gerais da memória.
4004
Em 15 de novembro de 1971 nascia o processador 4004 de apenas 4
bits e grande capacidade para realizar operações aritméticas. Esse micro processador possuía 2.300 transistores para processar 0,06 milhões de
instruções (60.000) por segundo e não tinha o tamanho de um selo de carta.
Para se ter uma idéia, o ENIAC, primeiro computador de que se tem notícia ,
construído em 1946 para fins bélicos, ocupava sozinho 1.000 metros
quadrados e fazia o mesmo que o 4004.
O 4004 foi usado apenas para cálculos poucos complexos (4 operações), ele
era um pouco mais lento que Eniac II mais tinha a vantagem de possuir a
metade do tamanho, esquentar menos e consumir menos energia.
8008
Surgiu em 1972 o 8008, primeiro processador de 8 bits, com capacidade de
memória de 16 Kbytes (16.000 bytes), enquanto o 4004 possuía apenas 640
bytes.
8080
Em 1974 é lançado o 8080, com desempenho seis vezes maior que o
anterior com um clock de 2MHz, rodava um programa da Microsoft chamado
Basic, possuía apenas led's. Além de 16Kb de memória Rom onde ficava o
sistema, possuía 4Kb de memória Ram, seus controles eram através de
botões, possuía drive de disquete 8" com capacidade de 250 Kb.
8086
O primeiro processador feito pela Intel para ser usado com os PC's. Ele
contava com um barramento de dados interno e externo de 16 bits. E foi este
o motivo de não ter sido o processador mais utilizado. Inicialmente ele foi
distribuído em versões de 4,77MHZ. Posteriormente vieram versões turbinadas
de 8 e 10 MHZ.
A história do 8086 é bem simples. Quando ele foi lançado, a maioria dos
dispositivos e circuitos disponíveis eram de 8 bits. Era muito caro adaptar todo
o resto do computador por causa do processador. E foi isso que acabou com o
8086. Para adaptar-se a este mercado a Intel lançou o 8088, com barramento
externo mais lento, de 8 bits. Deixando a diferença de barramento externo,
ambos eram idênticos.
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Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Quando este chip, o 8086, veio a ser utilizado já era tarde demais. Ele
chegou até a fazer parte de uns poucos clones do IBM PC e posteriormente em
dois modelos do IBM PS/2 e de um computador Compaq. Mas sua destruição
veio com um processador mais poderoso, o 80286.
Outro possível fator para a pouca aceitação deste processador pode ter sido
a falta de unidades devido à demanda. Nunca havia chips suficientes para
produzir computadores em grande escala.
Informações Gerais
Especificações
Velocidade
Fabricante
Intel
Nome da Família
Intel 86
Nome Código
--
Geração do Processador
Primeira
Geração da Placa Mãe
Primeira
Versão
4.77 MHZ
8 MHZ
10
MHZ
Lançamento
Junho 1978
!?
!?
Variações e Clones Licenciados
80C86,
AMD
!?
8086, NEC V30
!?
Velocidade do Barramento de Memória
8086
(MHZ)
de Multiplicador de Clock do Processador
4.77
Classificação "P"
--
Classificação iCOMP
--
Classificação iCOMP 2.0
--
Norton SI
!?
Norton SI32
--
CPUmark32
--
Tecnologia do Processo
NMOS, CMOS
Tamanho do Circuito (micros)
3.0
Die Size (mm^2)
33
Transistores (milhões)
0.029
Voltagem Externa ou de E/S (V)
5
e Voltagem Interna ou do Núcleo (V)
5
Características Físicas
Voltagem, Força
Resfriamento
Capsulamento
Arquitetura Externa
1.0
Velocidade do Processador (MHZ)
Benchmarks
8086- 80868
10
8
10
!?
!?
Largura do Barramento de Dados (bits) 16
16
16
Largura
de
Banda
Máxima
do
9.54
Barramento de Dados (Mbytes/seg)
16
20
Gerenciamento de Força
Nenhum
Necessidades de Resfriamento
Nenhuma
Tipo de Capsulamento
DIP 40-Pinos
Interface da Placa Mãe
Soquete DIP
Largura de Barramento Endereçável
20
(bits)
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Memória Endereçável Máxima
1 MB
Tipo de Cache Nível 2
Nenhum
13
Evolução dos Processadores
Tamanho do Cache Nível 2
--
Velocidade do Barramento do Cache
-Nível 2
Arquitetura Interna
Componentes
Internos
Multiprocessamento
Não
Conjunto de Instruções
8088
Suporte a MMX
Não
Modos do Processador
Real
Método de Execução x86
Nativo
Tamanho do Registro (bits)
16
Profundidade de Pipeline (estágios)
1
Tamanho do Cache Nível 1
Nenhum
Mapeamento do Cache Nível 1
--
Política de Gravação do Cache Nível 1
--
Unidades de Inteiros
1
Unidade
de
Ponto
Flutuante
Coprocessador Aritmético
/
Decodificadores de Instruções
Coprocessador 8087 Opcional
1
Tamanho do Buffer de Previsão de
Nenhum
Desvio / Precisão
Buffers de Gravação
Recursos
de
Performance
Nenhum
Incremento
de
Nenhum
286
Este é o único exemplar da segunda geração de processadores. O 286
chegou para tomar de assalto o lugar dos processadores de primeira geração.
A IBM lançou o 286 inicialmente no seu IBM PC-AT (advanced tecnology, ou
tecnologia avançada). Depois vieram os clones. Deste, os mais famosos foram
os Compaq. A Compaq usou o 286 em 6 micros e a IBM em 5, sendo 4 destes
modelos PS/2.
O abismo entre o 286 e seus antecessores é enorme. Basicamente foram
três diferenças importantes. A primeira foi a capacidade de utilizar até 16 Mb
de memória, dezesseis vezes mais que os da geração anterior.
A segunda foi a criação da memória virtual. Com este recurso o processador
poderia utilizar outras fontes de memória externas para simular memória
interna. Assim, além dos 16 Mb de memória real que o 286 podia manipular,
era possível simular mais 1 bilhão de bytes.
A terceira melhoria foi a multitarefa de hardware. Não significa que o
processador era capaz de executar multitarefa real (preemptiva), como
conhecemos hoje. Esta é a multitarefa cooperativa, onde o processador
executa os programas em intervalos, pulando de um para o outro numa
velocidade tão alta que os programas parecem estar rodando
simultaneamente.
Ainda existia uma outra característica. Enquanto os processadores anteriores
executavam sempre no modo real, o 286 poderia trabalhar também no modo
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Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
protegido. No modo real ele agia como os processadores de primeira geração,
o que manteve a compatibilidade entre gerações. Já no modo protegido é que
ele brilhava. Programas eram executados em porções protegidas da memória,
individualmente. Problemas em determinada aplicação não afetariam as
outras. Já no modo real, programas mal-comportados poderiam comprometer
too o sistema.
Como o sistema operacional mais utilizado era o DOS, para a maioria de
nada adiantou o 286 ter esta capacidade. O DOS ainda era baseado no 8086 e,
logo, era limitado aos recursos deste processador, mesmo tendo o 286 à sua
frente. Sistemas operacionais de verdade utilizaram estas capacidades
especiais do 286. Foram o OS/2 e alguns tipos de UNIX (Xenix e AIX). Aqui se
percebe como começou a saga dos GPF do Windows. No fundo, até o Windows
95 tem um pedaço do DOS 1 dentro dele.
O 286 tem um erro de projeto, ele pode chavear do modo real para o
protegido mas não pode voltar para o modo real, somente reinicializando a
máquina, ele era 6X mais rápido que seu antecessor o 8088.
Fabricante
Intel
Nome da Família
80286
Nome Código
--
Geração do Processador Segunda
Informações
Gerais
Geração da Placa Mãe
Segunda
Versão
80286-6 80286-8
80286- 80286- 80286- 8028610
12
16
20
Lançamento
Fev.
1982
!?
!?
!?
!?
Variações e Clones
Licenciados
AMD 286, 286S
8
10
12
16
20
8
10
12
16
20
4.4
5.6
6.7
~9.0
~11.5
Velocidade do
Barramento de Memória 6
(MHZ)
Especificações Multiplicador de Clock
de Velocidade do Processador
Fev.
1982
1.0
Velocidade do
Processador (MHZ)
6
Classificação "P"
--
Classificação iCOMP
--
Classificação iCOMP 2.0 -Benchmarks
Norton SI
3.1
Norton SI32
--
CPUmark32
--
Tecnologia do Processo
CMOS
Tamanho do Circuito
Características
(mícron)
Físicas
Die Size (mm^2)
Transistores (milhões)
Felipe Tusset
1.5
47
0.134
15
Evolução dos Processadores
Voltagem Externa ou de
5
E/S (V)
Voltagem,
Força e
Resfriamento
Capsulamento
Arquitetura
Externa
Voltagem Interna ou do
5
Núcleo (V)
Gerenciamento de Força Nenhum
Necessidades de
Resfriamento
Nenhuma
Tipo de Capsulamento
PGA de 68-Pinos
Interface da Placa Mãe
Soquete de 68-Pinos
Largura do Barramento
16
de Dados (bits)
16
Largura de Banda
Máxima do Barramento 12
de Dados (Mbytes/seg)
16
Largura de Barramento
Endereçável (bits)
24
24
Memória Endereçável
Máxima
16 MB
Tipo de Cache Nível 2
Nenhum
Tamanho do Cache
Nível 2
--
Velocidade do
Barramento do Cache
Nível 2
--
Multiprocessamento
Não
20
24
32
40
Conjunto de Instruções 80286
Arquitetura
Interna
Componentes
Internos
Suporte a MMX
Não
Modos do Processador
Real, Protegido
Método de Execução
x86
Nativo
Tamanho do Registro
(bits)
16
Profundidade de Pipeline
1
(estágios)
Tamanho do Cache
Nível 1
Nenhum
Mapeamento do Cache
Nível 1
--
Política de Gravação do
-Cache Nível 1
16
Unidades de Inteiros
1
Unidade de Ponto
Flutuante /
Coprocessador
Aritmético
Coprocessador 80286 Opcional
Decodificadores de
Instruções
1
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Tamanho do Buffer de
Previsão de Desvio /
Precisão
Nenhum
Buffers de Gravação
Nenhum
Recursos de Incremento
Nenhum
de Performance
386
A terceira geração de processadores Intel foi outra senhora evolução de
performance em relação a segunda geração. Até aqui a Lei de Murphy, talvez o
cara mais otimista que já vi na minha vida, está totalmente correta.
Relembrando os mais desmemoriados, Murphy praticamente profetizou que a
cada 18 meses a performance dos processadores duplicaria. Até aqui ele está
correto, o que não ocorre nos dias atuais.
Foi por volta desta geração que se começou a apelidar os processadores
carinhosamente como os "oitões". O 386 era e ainda e conhecido pelos mais
próximos como o "três-oitão".
Foi a primeira versão do "três-oitão". Também foi o primeiro processador
totalmente de 32 bits, ou seja, ele operava tanto internamente quanto
externamente a 32 bits. Este processador continuou a ter uma modalidade real
para manter compatibilidade com os processadores anteriores. Mas o modo
protegido era mais evoluído que o do 286. Foi a partir do 386 que se formou o
conjunto de instruções padrão x86. Desde então, mínimas mudanças
ocorreram no x86.
As capacidades de memória também cresceram. Era possível manipular,
teoricamente, 4 Gb de memória real e 64 trilhões de bytes de memória virtual.
Aliada a capacidade de processar 32 bits de uma vez só, o 386 se tornou capaz
de executar programas muito mais complexos. Dando um exemplo no mundo
dos games, Doom foi o primeiro jogo que eu tenho notícia a ser 100 % 32 bits,
e por isso é que ele tinha toda aquela complexidade.
Não acabou por aqui, não! A Intel adicionou um novo modo de operação, o
modo 86 virtual. Foi a partir daqui que começaram a aparecer os sistemas
operacionais multitarefa, como o OS/2. O Windows 386 também usou esta
habilidade para poder executar vários programas DOS em separado,
protegidos um da capacidade destrutiva do outro. Os sistemas operacionais
gráficos só se tornaram possíveis com este novo recurso do 386.
O 386 da Intel só ficou no 33 MHZ. Foi preciso que alguns clones
aparecessem para que ele fosse mais longe. Os clones da AMD e da Cyrix
atingiram um máximo de 40 MHZ. O motivo da Intel ter se limitado a esta
velocidade parece ser receio de que um 386 fosse mais potente que um 486.
De fato, um bom 386 de MHZ poderia ser comparado a um 486 dos mais
simples. Os primeiros 386DX lançados tinham um bug na instrução de
multiplicação 32 bits do modo protegido.
Os Primeiros 386 operavam a 12,5Mhz, mas logos foram substituídos pelos
DX, 16, 20, 25, 33, 40 e 50 Mhz, a Intel também lançou uma versão para
notebooks que era 386SL. Como os processadores Intel anteriores, o 386
também continha um co-processador matemático denominado 387.
Felipe Tusset
17
Evolução dos Processadores
Informações
Gerais
Especificações
de Velocidade
Benchmarks
Fabricante
Intel
Intel AMD,
Cyrix
Nome da Família
80386DX
Nome Código
--
Geração do Processador
Terceira
Geração da Placa Mãe
Terceira
Versão
80386DX16
80386DX- 80386DX- 80386- 8038620
25
33
40
Lançamento
Out. 1985
Fev. 1987 Abril 1988
Abril
1989
!?
Variações e Clones
Licenciados
!?
Velocidade do
Barramento de Memória
(MHZ)
16
20
25
33
40
20
25
33
40
~38
49
68
~85
~20
~25
35
~43
133
160
AMD, Cyrix
Multiplicador de Clock do
1.0
Processador
Velocidade do
Processador (MHZ)
16
Classificação "P"
--
Classificação iCOMP
~29
Classificação iCOMP 2.0
--
Norton SI
~15
Norton SI32
!?
CPUmark32
--
Tecnologia do Processo
CMOS
Tamanho do Circuito
Características (mícron)
Físicas
Die Size (mm^2)
originalmente 1.5, agora 1.0
!?
Transistores (milhões)
0.275
Voltagem Externa ou de
E/S (V)
5
Voltagem Interna ou do
5
Voltagem, Força
Núcleo (V)
e Resfriamento
Gerenciamento de Força Nenhum
Capsulamento
Arquitetura
Externa
18
Necessidades de
Resfriamento
Nenhuma
Tipo de Capsulamento
PGA de 132-Pinos
Interface da Placa Mãe
Soquete de 132-Pinos
Largura do Barramento
de Dados (bits)
32
Largura de Banda
Máxima do Barramento
de Dados (Mbytes/seg)
66
Largura de Barramento
Endereçável (bits)
32
80
100
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Memória Endereçável
Máxima
4 GB
Tipo de Cache Nível 2
Nenhum
Tamanho do Cache Nível
-2
Arquitetura
Interna
Velocidade do
Barramento do Cache
Nível 2
--
Multiprocessamento
Não
Conjunto de Instruções
x86
Suporte a MMX
Não
Modos do Processador
Real, Protegido, x86 Virtual
Método de Execução x86 Nativo
Tamanho do Registro
(bits)
32
Profundidade de Pipeline
4
(estágios)
Tamanho do Cache Nível
Nenhum
1
Componentes
Internos
Mapeamento do Cache
Nível 1
--
Política de Gravação do
Cache Nível 1
--
Unidades de Inteiros
1
Unidade de Ponto
Flutuante /
Coprocessador
Aritmético
Coprocessador 80386 Opcional
Decodificadores de
Instruções
1
Tamanho do Buffer de
Previsão de Desvio /
Precisão
Nenhum
Buffers de Gravação
486
Em Abril de 1989, a Intel lançou o processador 486 no mercado e
apresentava poucas inovações em relação ao 386, seu núcleo possuía 0,8µm,
uma grande novidade foi a implantação de uma algumas técnicas RISC. Outra
novidade foi a multiplicação de clock's internos, pois os processadores evoluem
e permitem taxas de Mhz maiores que as placas mães um exemplo é o
486DX2, ele funciona com o clock multiplicado por 2, ou seja, a placa mãe
(Bus Externo) trabalha a 33Mhz e o processador a 66Mhz.
O processador seguinte foi o 80486, um melhoramento da 80386. Foram
adicionadas algumas instruções e o versão original 80486 DX possuiu
coprocessador matemático interno e um pequeno L1 cache. A tecnologia foi tão
avançada que Intel lançou processadores com clock interno duplicado (80486
Felipe Tusset
19
Evolução dos Processadores
DX2) e triplicado (80486 DX4) e chegou a 100 MHz. O 80486 também possuiu
a versão OverDrive (Um processador em cima do outro). Nesta época
começaram a sair sistemas operacionais para PC de 32 bits.
Clock simples
487 => Co-processador matemático usado na versão 486SX.
486SL => Versão para notebook, mas não alcançou sucesso desejado, e a
Intel parou de fabricá-lo
486SX => Versão de custo mais baixo ou básica, com ausência de coprocessador matemático, 25 e 33 Mhz
486DX => Versão completa, com pequena quantidade de cache L1, 25 e 33
Mhz.
Clock duplicado
487SX => Para quem quisesse por um co-processador matemático nas
versões 486SX2. Ele era encaixado em um slot próprio na placa mãe.
486SX2 => Versão de custo mais baixo ou básica, com ausência de coprocessador matemático, 50 e 66 Mhz
486DX2 => Versão completa, igual o DX mas a clock's de 50 e 66Mhz.
Clock triplicado
486DX4 => Top de linha, 75 e 100 Mhz, aceita cache L1 e L2.
Pentium Clássico
O processador Pentium possuía 64 bits de barramento. A Intel registrou a
marca Pentium para ter um nome próprio para novo e poderoso processador.
Ele tinha vários clock's internos diferentes e chegou a 200 MHz. Na verdade
um processador Pentium (primeiros) são dois processadores 80486 num com
um algoritmo de processamento paralelo. Possui 3,1 milhões de transistores
3X (vezes) a mais que o 486, cache interno de 16Kb (8KB para extração de
instruções e 8KB para dados). Os primeiros Pentium tem clock de 60 e 66 Mhz,
apos ter incrementado largura do barramento local para 64 bits ele pode
atingir clock's mais elevados. Possui no processador algumas instruções RISC,
sendo o primeiro a implementa uma unidade de execução superescalar,
significa que sob certas condições podia executar 2 instruções por ciclo de
clock.
O co-processador matemático foi totalmente redesenhado, agora ele aceita
um nível de desempenho de 3 a 10 vezes a do 486, possuía um auto-teste
automático incorporado verificando todos os conectores com placa mãe, cache
e registradores. O núcleo do Pentium pode variar de 0,6µm a 0,4µm. Clock's
60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 e 200.
Pentium MMX
Com a tecnologia MMX, PC's entrarão em um novo nível de performance de
multimídia. Ganha-se em som vívido, ricas cores, rendimento 3D realístico,
animação suave e vídeo. Os tipos de aplicativos que irão se beneficiar do
20
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
desempenho oferecido pela
tecnologia MMX, ao longo do
tempo,
incluem:
escaneamento
e
manipulação de imagens,
videoconferências, plug-ins
e browser's para Internet, editoração e play-back de vídeo, impressão, fax,
compressão, decodificação e programas para escritórios.
Existe a expectativa que de que nos próximos anos periféricos como placas
de vídeo, som e modem percam sua finalidade, tendo em vista que as funções
que elas executam serão emuladas vias software.
Principais características incorporadas no MMX
Novas Instruções
Se observarmos o número de instruções dos processadores, observaremos
que em dois momentos ouve um aumento significativo destas. A primeira vez
em 1985 no lançamento dos chips 386 que viabilizaram o conceito de
multitarefa e a interface Windows para os PC's e agora com o MMX em que
foram adicionado 57 novas e poderosas instruções especificamente
desenhadas para manipular e processar dados de vídeo, de áudio e gráficos
eficientemente. Essas instruções são orientadas às seqüências altamente
repetitivas e paralelas geralmente existentes nas operações de multimídia.
Estas instruções são capazes de manipular dados agrupados em pacotes de 64
bits enquanto que a instruções existentes até então manipulavam dados de 8
ou 16bits. Estas instruções usam um processo chamado Instrução Única de
Múltiplos Dados (SIMD) permite que uma instrução execute a mesma função
em múltiplas partes dos dados, ou seja, ela permite que uma operação em vez
de ser executada em um único bloco possa ser executada ao mesmo tempo
em vários blocos de 8 e 16 bits (8 bits para imagem e 16 bits para som).
Assim será reduzido o número de voltas intensivas de computação comuns
com vídeo, áudio, gráficos e animação, tornando o processamento muito mais
rápido. Usa novo padrão de conexão com a placa mãe denominado Socket7.
Opera a voltagens de 2,8V.
Mais Cache.
Foi dobrado o tamanho do cache L1 no chip para 32K
Assim, mais instruções e dados podem ser armazenados no
número de vezes que o processador tem para acessar áreas
lentas para obter informação.Nova tecnologia de 0.35µm,
233 Mhz.
Felipe Tusset
no processador .
chip, reduzindo o
de memória mais
clock's 166, 200,
21
Evolução dos Processadores
Pentium Pró
Principais Características:
• Freqüência de 150 MHZ, 166, 180 MHZ e 200 MHZ
• Otimizado para aplicações em 32-bit rodando em sistemas avançados de
•
•
•
•
•
•
32-bit
Microarquitetura de execução dinâmica
Pacote contendo processador, cache e interface para o sistema de
barramento
Escalável para até 4 processadores e 4 GB de memória
Cache L1 de 8K/8K separado entre dados e instruções; possui separação
entre o barramento se sistema externo e o barramento de cache de alta
velocidade interno
Cache L2 interno: possui cache de nível 2 interno, podendo trabalhar na
mesma velocidade do processador. Para de obter o mesmo desempenho
de 256KB interno, para um processador de mesma potência, seria
necessário 2MB de cache externo.
Arquitetura Dual Independent Bus: O barramento interno é dividido em
dois barramentos um para o cache L2 e o outro do sistema do
processador para a memória principal. Esta arquitetura de barramento
resolve o problema de limitação da largura de banda do barramento,
oferecendo largura de banda de desempenho até três vezes superior à
dos processadores de barramento único como o existente no processador
Pentium. Isto significa um desempenho mais rápido do sistema como um
todo.
Execução dinâmica: é uma técnica que usa a combinação de 3 processos para
aumentar a velocidade de execução do software:
• O processador monitora passos a frente no software (20 a 30 instruções
a frente do contador de programa) antecipando-os.
• O processador analisa quais instruções são dependentes de cada
resultado, criando uma lista otimizada dessas instruções;
• Baseada nesta lista, instruções são carregadas especulativamente.
Isto tudo permite que ele consiga realizar três instruções em um único ciclo de
clock (Pentium permitia 2 instruções), agilizando o trabalho em sistemas que
utilizam processamento paralelo.
Como o chip Pentium Pro possui capacidade de processamento até duas
vezes superior ao do Pentium, máquinas equipadas com este processador
podem substituir as que se baseiam no modelo Dual - Pentium, obtendo o
mesmo resultado em uma plataforma mais simples, por conseqüência mais
econômica e mais fácil de usar. Isto é uma grande vantagem, considerando
que muitos softwares, não empregam de maneira eficiente a tecnologia de
multiprocessamento simétrico (SMP). O Pentium Pro e o Pentium II possuem
um Bug que será mencionado posteriormente.
22
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Velocidade
(MHZ)
166
180
200
200
66
60
66
66
L1 Cache
8KI + 8K D
8KI + 8K D
8 KI + 8KD
8KI + 8K D
L2 Cache
512K
256K
256K
512K
Núcleo
0.35 µm
0.35 µm
0.35 µm
0.35 µm
Die Size
552 mils/side
552 mils/side
552 mils/side
552 mils/side
CPU Voltagem 3.3V
3.3V
3.3V
3.3V
Corrente Máx. 9.4A
10.1A
11.2V
12.4V
Power (Watts) 35.0Max
31.7Max
35.0Max
37.9Max
Velocidade
Bus (MHZ)
de
Pentium com tecnologia OverDrive.
Alguns Processadores Pentium 166 e 200Mhz aceitam que seja acoplado em
cima um processador de expansão chamado OverDrive possibilitando a
atualização dos mesmos. Exemplo um Pentium 166, com OverDrive para
233Mhz vai operar nessa freqüência com MMX, mas esse sistema não
funcionou como deveria pois alem do processador OverDrive sair quase o
mesmo preço de um processador novo, todo esse sistema esquentava e
diminuía seu desempenho.
Pentium II
No dia 7 de maio de 1997 a Intel Corporation lançou o processador Pentium
II com 7,5 milhões de transistores, que com o objetivo de para possibilitar
novos níveis de desempenho e recursos de computação visual aos usuários de
desktop e estações de trabalho nas empresas. O processador Pentium II,
lançado nas velocidades de 300, 266 e 233 MHz, combina as avançadas
tecnologias do Processador Pentium Pro com os recursos da tecnologia de
aperfeiçoamento de meios eletrônicos MMX. Esta associação confere aos
usuários de empresas maior poder para direcionar a computação empresarial,
oferece recursos sofisticados para pequenas empresas e incorpora o
processador Intel de velocidade superior às estações de trabalho.
A expectativa é que o PC transformará rotineiramente todos os tipos de
dados brutos em detalhados modelos em 3D em uma questão de segundos,
Felipe Tusset
23
Evolução dos Processadores
contribuindo assim para que os usuários assimilem melhor as informações de
que dispõem e que as transações interativas de empresas combinarão vídeo,
áudio e recursos gráficos realistas para informar ou demonstrar novos
produtos ou serviços a clientes potenciais.
Os Clock's dos processadores Pentium II variam de 233 a 400 Mhz, sua
freqüência de barramento externo pode chegar a 66Mhz ou seja 528Mg/s, seu
encapsulamento é o SECC1 (forma de cartucho) ele é conectado somente em
Slot1, núcleo de 0.25 µm.
O co-processador matemático integrado deste processador possui um bug na
instrução de conversão de números de ponto flutuante (números reais, com
precisão de 80 bits) para números inteiros (que possuem precisão somente de
16 ou 32 bits). As chances do bug ocorrer: 1 em 8,6 bilhões na conversão de
um número de ponto flutuante para inteiro de 16 bits ou 1 em 563 trilhões na
conversão de um número de ponto flutuante para inteiro de 32 bits. Este bug
está sendo chamado de "Dan0411", por ter sido descoberto por um certo
"Dan" em 11 de abril de 1997 (04-11, no formato americano).
Características do processador Pentium II (principais)
Velocidade
(Mhz)
Clock
Velocidade
(Mhz)
Bus
Tamanho
L1
Cache
Velocidade
L1
Cache
233
266
300
66
66
66
16K I + 16K D
16K I + 16K D
16K I + 16K D
233
266
300
Tamanho Cache L2 512K
512K
512K
Velocidade
L2
117
133
150
Núcleo
0.35 µm
0.35 µm
0.35 µm
Die Size
560 mils/side
560 mils/side
560 mils/side
Voltagem CPU
2.8V
2.8V
2.8V
Corrente Máxima
11.8A
12.7A
14.2A
Power (Watts)
34.8 total
38.2 total
43.0 total
Cache
Avanços tecnológicos
O processador Pentium II combina avanços tecnológicos de grande capacidade
para melhorar o desempenho no ponto flutuante, em multimídia e em
integração. São eles:
Inovadora arquitetura Dual Independent Bus, implementada pela primeira vez
no processador Pentium Pro e que resolve o problema de limitação de largura
de banda existente nas arquiteturas dos processadores da geração anterior.
24
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Tecnologia MMX, acrescentada ao processador Pentium II para melhorar o
desempenho dos aplicativos de áudio, vídeo e gráficos, bem como aumentar a
velocidade de decodificação e compressão de dados.
Pentium III
O clock do Pentium III varia hoje de 500 Mhz a 933 Mhz, sua freqüência de
barramento externo pode chegar a 133Mhz, ou seja, 1,06 GB/s, pode acessar
até 4GB de memória usando cache, Possui um número de série gravado em
uma ROM dentro do processador, onde fornece o número do processador,
configurações de clock e voltagem, ela é chamada de PIROM (Pentium
Information Rom) com ela é quase impossível overclock e falsificação. O
primeiro Pentium III a ser lançado era no formato de um cartucho (SECC2)
onde era encaixado em um slot chamado Slot1, o mesmo do Pentium II.
O processador Pentium III integra a micro-arquitetura Execução Dinâmica P6,
a Arquitetura para Barramento Dual Independente (DIB), um barramento com
sistema multi-transação e a tecnologia para otimização de mídia Intel®
MMX™ . Além disso, o processador Intel Pentium III oferece extensões de
Internet Streaming SIMD, 70 novas instruções possibilitando um avanço
significativo em imagens, 3D, streaming de áudio e vídeo e reconhecimento de
voz para uma melhor experiência na Internet.
Os novos modelos de Pentium III, chamado FCPGA (Flip Chip Pin Grid Array)
ou Coppermine (seu nome-código), que, em vez de usar um cartucho como os
modelos tradicionais de Pentium II e Pentium III, usa pinagem soquete 370, a
mesma do processador Celeron. Teoricamente toda placa-mãe soquete 370
aceita esse novo modelo de processador, mas não é isso o que ocorre na
prática. A maioria das placas-mãe soquete 370 fabricadas antes do lançamento
desse processador não aceitam a sua instalação, por motivos de
compatibilidade que não são resolvidos com um simples upgrade de BIOS.
Portanto, ao comprar uma placa-mãe para o Pentium III FCPGA certifique-se
de que a placa-mãe aceita corretamente esse processador.
Mas não é só na pinagem que o Pentium III FCPGA é diferente.
Internamente ele possui somente 256 KB de memória cache L2, a metade da
quantidade de memória cache existente no Pentium II e Pentium III
Felipe Tusset
25
Evolução dos Processadores
convencional. Em compensação, o cache do Pentium III FCPGA é acessada na
mesma freqüência de operação do processador, enquanto nos modelos de
cartucho esse circuito é acessado na metade da freqüência de operação. Isto
é, no Pentium III-550 FCPGA o cache é acessado a 550 MHz, enquanto que no
Pentium III-550 em cartucho esse circuito é acessado a somente 275 MHz. No
final das contas, apesar de ter menos memória cache, esse novo processador
acaba sendo mais rápido.
Após a VIA Technologies surpreender a todos na CeBIT 2001 com o menor
processador do mundo para PC's, graças a sua tecnologia de produção com
transistores de 0,15 mícron, a Intel acaba de anunciar que a sua nova fábrica
em Oregon (EUA) começou a produzir os seus primeiros processadores com
transistores de 0,13 mícron. O novo Pentium III fabricado com transistores de
0,13 mícron será conhecido como Pentium III Tualatin. Segundo a Intel, como
este processador é alimentado com somente 1,2 volts, será necessário que ele
utilize um novo soquete, o soquete FC-PGA 2. Placas-mãe com o soquete FCPGA 2 são totalmente compatíveis com os processadores atuais, de soquete
FC-PGA e PPGA, já as placas-mãe atuais de soquete FC-PGA, não poderão
utilizar os processadores Pentium III Tualatin. Provavelmente as placas-mãe
de Slot 1 poderão utilizar este processador através de um adaptador de
soquete FC-PGA 2 para Slot 1. Outra diferença do Pentium III Tualatin será
com relação ao seu formato, ele será fabricado com placas de silício de 300
milímetros, 100 milímetros a mais do que os processadores atuais utilizam. De
acordo com a Intel, com o aumento das placas de silício, será possível reduzir
o preço deste processador em 30 %. Também será incluído em seu
encapsulamento um pequeno dissipador, de forma parecida com o que é
utilizado nos processadores K6-2 e K6-3. Por enquanto este processador está
sendo fabricado somente como teste, mas no máximo até Julho a Intel deve
começar a produzi-lo em alta escala com uma freqüência inicial de 1,13 GHz. O
Pentium 4 provavelmente ainda este ano também será produzido com
transistores de 0,13 mícron.
26
Recurso
Geração Anterior da Intel
CPU VCORE (voltagem)
2.0V
Operações por ciclo de clock
5
Pipelines de inteiros
2
Pipelines de ponto flutuante
1
Decodificadores x86 completos
1
Tamanho do cache L1
32KB
Tamanho do cache L2
512 KB a 2 MB (acesso
metade do clock)
Velocidade do barramento do sistema
66 a 133 MHz
Largura máxima de banda do barramento
800 MB/s a 1,06 GB/s+
Transações principais de barramento
4 por processador
Tipo de clock
Clock comum
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Instruções de otimização de 3D
- No total de instruções
- PF SIMD precisão simples
- 4 operações PF por clock
- Controles de cache/prefetch
- Controles de fluxo de dados
- Extensões DSP/comm
SSE
71
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Suporte de multiprocessamento
Sim, compartilhado
Máx. processadores do sistema
2 (por chipset)
No de transistores por die
~9,5 milhões
Recurso
SSE
Recurso de ponto flutuante SIMD
~52
Movimentação de dados e ampliação 19
MMX
Extensões de comunicação DSP
0
- Nº total de instruções
71
PII Xeon
Verdadeiro Pentium Pró MMX, possui cache L2 trabalhando na mesma
freqüência do processador é conectado somente em Slot2, também chamado
de Slot de 330 contatos. ( Aparentemente igual ao Slot1 ) encapsulamento
SECC2. Aceita 512, 1 e 2 MG de memória cache acessados no clock do
processador. Aceita até 64GB de Ram. Opera externamente a 100 MHz,
aumentando diretamente o desempenho do micro não só para processamento,
mas também para vídeo e disco. Os clock's do PII Xeon são de 400 e 450 MHz.
Ele tem a capacidade de multiprocessamento simétrico, isto é, a utilização
de mais de um processador em uma mesma placa-mãe é maior. Enquanto o
Pentium II e o Pentium III permitem multiprocessamento direto com até 2
processadores, o Pentium II Xeon e o Pentium III Xeon permitem
multiprocessamento com até 4 processadores (ou 8 processadores, no caso do
modelo com 2 MB de cache L2). Como você pode perceber pelas suas
características, essa família de processadores é destinada a servidores de rede,
ela possui um desempenho altíssimo, mas é muito cara, ficando praticamente
restrita ao mercado corporativo.
PIII Xeon
Tem as mesmas características do PII Xeon mais MMX2 e SIMD. Possui duas
versões uma com núcleo de 0,25µm que opera externamente a 100Mhz e
Felipe Tusset
27
Evolução dos Processadores
outra com 0,18µm a 133 Mhz.Os clocks do PIII Xeon são de 600, 667, 733,
800, 866, 933 MHz, e 1Ghz.
Celeron
É um Pentium II sem memória cache L2 integrado, mas lançaram o
Celeron-A que tem 32Kb de cache L1 (16K para infraestrutura e 16K pra
informação,data) e 128Kb de L2 aumentando seu desempenho, ele é
conectado em Slot 1 ou em PGA, ele é atualmente a linha econômica da Intel
para concorrer com o Duron da AMD. Trabalha com, Bus externo de 66Mhz a
100Mhz, núcleo do processador é de 0,18µm.
Tipos de Encapsulamentos: 280-Pin Mobile Module (MMC1) --- 400-Pin Móbile
Module
(MMC2)
Ball Grid Array (BGA) --- Micro PGA (Pin Grid Array).
Velocidade (Computadores Normais) 800MHz, 766MHz, 733MHz, 700 MHz,
667 MHz, 633 MHz, 600 MHz, 566 MHz, 533 MHz, e 500MHz.
Velocidade (Computadores Portáteis) 750 MHz, 700 MHz, 650 MHz, 600 MHz,
550 MHz, 500 MHz, 450 MHz, e 400 MHz todos com baixo consumo de energia,
são mais caros que os para computadores normais. A Intel lançou também um
processador com a tecnologia ( Ultra Low Voltage Technology ) com 500MHz
para ser usado em sub notebooks.
Pentium 4
O Pentium 4 é um processador Intel de sexta geração, assim como ocorre
com o Pentium Pro, Pentium II, Pentium III e Celeron. Em outras palavras,
apesar de usar um novo nome, esse processador usa a mesma estrutura
interna de seu antecessor, Pentium III. Com algumas modificações para tornálo mais rápido, é claro. Entre as novidades da arquitetura interna desse
processador estão:
A sua Unidade Lógica Aritmética (ULA ou ALU) trabalha com o dobro do clock
interno do processador, aumentando o desempenho em cálculos usando
números inteiros. Por exemplo, em um hipotético Pentium 4 de 800 MHz, a sua
ULA trabalhará a 1,6 GHz.
Tecnologia SSE-2, contendo 144 novas instruções em relação à tecnologia
SSE ("MMX2") que é usada pelo Pentium III. A novidade é o uso de
registradores de 128 bits, permitindo a manipulação de mais dados pequenos
por vez (16 dados de 8 bits por vez, por exemplo).
Barramento de dados externo de 128 bits, isto é, o Pentium 4 conversará
com a memória RAM usando 128 bits por vez. Esse processador continua
sendo um processador de 32 bits, pois utiliza a mesma arquitetura básica do
386 (instruções x86 ou IA-32). A nomenclatura "processador de 32 bits" ou
28
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
"processador de 64 bits" normalmente refere-se ao software que o processador
poderá executar. Esse processador continua usando o mesmo software
existente hoje (Windows 9x, Windows 2000, etc), que é um software de 32
bits.
A tecnologia hyper-pipelined dobra a capacidade de profundidade de
encadeamento para 20 estágios, aumentando bastante o desempenho do
processador e capacidade de freqüência.
Barramento externo operando a uma taxa de 3,2 GB/s. Você verá escrito em
muitos lugares que o barramento externo desse processador será de 400 MHz.
Mas isso não é verdade. Como o barramento externo dobrou de tamanho,
passando de 64 bits para 128 bits, a taxa de transferência também dobrou.
Por exemplo, em um Pentium III, sua taxa de transferência externa é de 800
MB/s, por operar externamente a 100 MHz a 64 bits por vez. Passando esse
barramento para 128 bits, teremos uma taxa de 1,6 GB/s. Logo, muito
possivelmente o barramento externo do Pentium 4 será de 200 MHz.
Cache L2 integrado trabalhando na mesma freqüência interna do
processador, assim como ocorre no Celeron e nos últimos modelos de Pentium
III. Disponível em 1.30, 1.40 e 1.50 GHz
Itanium
Possui tecnologia RISC e não CISC como nos processadores anteriores, usado
principalmente em workstation, (em grandes empresas) opera com: Unix,
Linux e Windows NT, seu preço é bastante salgado.
Características:
Explicitly Parallel Instruction Computing (EPIC),
possibilita que o processador trabalhe com 20
operações simultaneamente.
Possui melhor performance para trabalhar com
dados criptografados incluindo SSL e IPSec
informação.
Endereça número ilimitado de memória, possui
um sistema de detecção e correção de erros.
Cache L1 e L2 dentro do processador e a
possibilidade de um cache L3 de 2Mg a 4Mg
operando a 800Mhz.
Felipe Tusset
29
Evolução dos Processadores
AMD
A Advance Micro Device (AMD) é o principal e mais antigo concorrente da
Intel. Esta empresa produzia processadores 286 sob licença da Intel, e
posteriormente reivindicou a extensão da licença para os 386 e 486. Até agora
ela foi bem sucedida, mantendo essa posição. Nos mercados do 286, 386DX e
386SX, eles ofereciam dispositivos compatíveis em termos funcionais e
pinagem a taxas mais altas de clock's, com menor dissipação de energia SMM
aprimoradas. A AMD não encontrou o mesmo sucesso nos mercados do 486,
seus dispositivos 486 eram atrasados para o mercado, e não ofereciam
vantagem funcional ou de desempenho concreta sobre os dispositivos da Intel.
A estratégia da AMD para os produtos 486 era competir em preço oferecendo
versões de velocidade de clock não aceitas pela Intel. Antecipando-se a uma
regulamentação adversa relativa ao seu status de licenciada ,a AMD tinha dois
design's de 486, um baseado na tecnologia Intel e outro no seu próprio design
(Nx586). Em uma tentativa de ganhar uma posição de liderança a AMD lançou
o K5, mas acabou se dando mau, o processador tinha problema de
aquecimento e não atendeu aos resultados esperados, logo após foi a vez do
K6 e tinha o mesmo problema do K5, com esse processadores a AMD ficou
com má reputação, mas é errando que se aprende, a AMD deu seu primeiro
passo positivo com o K6II assim se tornando um potencial problema para a
Intel. A disputa acirrada das duas somente nós usuários temos a ganhar com
preço e desempenho, a AMD se firmou de vez com o lançamento do Athon
onde pela primeira vez a imponente Intel foi superada em termos de
desempenho.
586
Em termos de funcionamento é igual ao 486DX4 mudando apenas com
duplicação do clock, acréscimo de algumas instruções RISC (bem
poucas),execução superescalar, pinagem Socket3, simplesmente um 486DX4
turbinado, 486 Dx5, esse processador tem problema de super aquecimento, e
foi através dele que Intel "brigou" com a AMD.
K5
Primeiro processador CISC verdadeiramente não Intel a AMD afirmou que ele
iria superar o desempenho do Pentium a velocidades semelhantes de clock,
essa vantagem se deva a um design superescalar superior. Os pipelines duplos
do K5 possuem menos restrições para a execução de instruções simultâneas, e
não só aceitam previsão de desvio como também realizam uma execução
especulativa. Possui um cache de pré-decodificação de 16Kb e outro de dados
8Kb, colocadas instruções RISC, usava Socket5 para conexão com a placa mãe
30
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
K6
Características Internas
Cache L1 de 64 KB, dividido em dois de 32 KB, um para dados e outro para
instruções
Núcleo RISC com decodificador CISC, similarmente ao K5 (5K86), ao 6x86
(M1), M2 e Pentium Pro.
Decodificador funciona bem tanto para código de 16 bits quanto para código de
32 bits (diferentemente do Pentium Pro onde o decodificador não funciona bem
para código de 16 bits).
O decodificador CISC/RISC consegue decodificar até 2 instruções por pulso de
clock, dependendo da complexidade da mesma. Ou seja, consegue decodificar
até 2 instruções simples por pulso de clock. Vale lembrar que programas
utilizam instruções simples 80% das vezes.
Conjunto de Instruções MMX (segundo a AMD, compatível com o MMX da
Intel).
O Co-processador integrado do K6 não é tão bom quanto o do Pentium Pro ou
quanto do Pentium II. Devemos ter isto em mente ao decidirmos pelo K6.
Demais características internas similares ao Pentium Pro: execução fora de
ordem, execução especulativa, previsão de desvio, etc.
Em tempo: a previsão de desvio do K6 é bem melhor que a do Pentium Pro.
Características Externas:
Compatível com socket7, ou seja, utiliza a mesma placa-mãe do Pentium.
Alimentação a 2,9 V, com exceção do modelo K6-233 que deve ser alimentado
com 3,2 V. A tendência é que os próximos processadores K6 utilizem 2,8 V ou
menos. Possuem um grave problema de aquecimento, que em certos casos o
processador era queimado, seu preço não era competitivo.
Felipe Tusset
31
Evolução dos Processadores
K6-2
Sua grande diferença para os demais processadores testados é a sua
freqüência de operação externa. Enquanto todos os outros processadores
testados operam externamente a 66 MHz, o K6-2 opera a 100 MHz,
conseguindo uma taxa de transferência mais elevada com a memória RAM,
com o cache de memória e com outros dispositivos do micros, especialmente o
vídeo e o disco. Seu padrão de pinagem é Socket7, o mesmo padrão do
Pentium, Pentium MMX e MII. Entretanto, por trabalhar externamente a 100
MHz, necessita de uma placa-mãe Socket7 que consiga trabalhar a essa
freqüência de operação. Esse tipo de placa-mãe é conhecido como "Super7".
O K6-2 da AMD foi uma revelação: o K6-2 300Mhz testado obteve um
desempenho de processamento 5% superior ao do Pentium II 300Mhz e 70%
superior ao Pentium MMX 233Mhz. O MII-PR300 da Cyrix, apesar de ter obtido
um desempenho 36,5% inferior ao do K6-2 300Mhz e 33,24% inferior ao do
Pentium II 300Mhz, é 8% mais rápido que o Pentium MMX-233. É válido
lembrar que o MII-PR300 trabalha internamente a 233 MHz.
Resumo das principais características
• Microarquitetura superescalar de seis instruções RISC avançada.
• Dez unidades de execução paralelas especializadas.
• Sofisticados decodificadores de instrução x86 para RISC86 múltiplos.
• Avançado sistema de branch prediction de dois níveis.
• Execução especulativa.
• Execução fora de ordem completa.
• Renomeação de registros e retransmissão de dados.
• Até seis instruções RISC86 por ciclo.
• Caches L1 no chip.
• Cache de instrução de 32 Kbyte com 20 Kbytes adicionais de cache
para predecodificação.
• Cache de dados de duas portas com "writeback" de 32 Kbytes.
• Protocolo MESI para coerência de cache.
• Tecnologia 3DNow!
• 21 novas instruções para melhorar o desempenho de gráficos 3D e
multimídia.
• Multiplicador separado e ALU para execução de instruções
superescalares.
• Compatível com infra-estrutura Super7 e Socket 7 para projetos de
baixo custo e disponibilização mais rápida ao mercado.
• Compatível tanto com barramento de 100 MHz como de 66 MHz.
32
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
• Suporte a Accelerated Graphics Port (AGP, Porta Gráfica Acelerada).
• Avançada execução de instruções MMX superescalares com
decodificação e pipelines de execução duplos.
• Unidade de ponto flutuante (FPU) compatível com IEEE 754 e 854 de
alto desempenho.
• Modo de gerenciamento de sistema (SMM) de padrão industrial.
• Compatibilidade de software binário x86 completa.
• Tamanho da pastilha: 9,3 milhões de transistores em uma pastilha de
81 mm2.
• Disponível em encapsulamento CPGA (Ceramic Pin Grid Array) de 321
pinos (compatível com Super7/Socket 7) usando a tecnologia
inovadora "flip-chip" C4.
• Fabricado usando a tecnologia estado da arte da AMD em 0,25 µm,
com processo de deposição de metal em silício de cinco camadas e a
tecnologia de interconexão local nas instalações de fabricação de
wafers da AMD.
• Clock's de 300, 333, 350, 400, 450, 500, 533, 550 Mhz.
Processadores K6-2E
Processadores de baixo consumo de potência, de 333 MHz e de 300 MHz. Os
processadores embutidos AMD K6-2E foram projetados para oferecer alto
desempenho a baixo custo, para serem usados principalmente em notebooks.
A versão de baixa potência do processador AMD K6-2E funciona com uma
menor tensão de núcleo, de 1,9 V, para fornecer um consumo máximo inferior
a 10 watts e uma faixa de temperatura estendida de 85°C, enquanto a versão
de potência padrão é o equivalente embutido do popular processador AMD K62 desktop com uma tensão de núcleo padrão de 2,2 V e faixa de temperatura
padrão. Nas duas versões, a tensão de E/S opera no nível de 3,3 V que é o
padrão do mercado.
Projetado para executar tanto software de 16 bits quanto de 32 bits, os
processadores AMD K6-2E fornecem processamento de alto desempenho do
conjunto de instruções x86 e são compatíveis com os sistemas operacionais
Microsoft Windows CE, Windows 98, Windows ME e Windows NT, e também
com os aplicativos executados neles, incluindo os mais recentes softwares
otimizados para tecnologias 3DNow! e MMX.
O processador AMD K6-2E de 9,3 milhões de transistores é fabricado com a
tecnologia de processamento de metal de cinco camadas de 0,25 mícron,
usando interconexão local e isolamento tipo " shallow-trench" nas instalações
de fabricação de chips Fab 25 da
AMD em Austin, no Texas. O
processador
AMD
K6-2E
é
embalado num pacote CPGA
(ceramic pin grid array) de 321
pinos
compatível
com
as
plataformas Socket 7 e Super7
usando
a
tecnologia
de
interconexão flip-chip C4.
Felipe Tusset
33
Evolução dos Processadores
Parece que a AMD acertou em cheio com o seu K6-2, tanto em desempenho
quanto em preço. Competindo no mesmo mercado que o Pentium II, o K6-2 é
mais rápido e barato que o concorrente da Intel. Entretanto, o Pentium II-350
e superiores, onde o processador passa a trabalhar externamente a 100 MHz a
exemplo do que ocorre no K6-2, tendem a abalar um pouco o aumento de
mercado que a AMD tem conseguido. A Intel só será capaz de frear a AMD se
baixar os seus preços, pois os processadores da AMD, o Duron e o Athlon
serão processadores extremamente poderosos e, é claro, bem mais baratos
que os produtos Intel.
K6-III
O K6-III (nome-código "Sharptooth") é um K6-III com um cache de
memória L2 de 256 KB integrado dentro do processador, a exemplo do que
ocorre no Pentium Pro e no Celeron-A. Além disso, esse é o primeiro
processador a aceitar um cache de memória L3, ou seja, além dos dois caches
de memória dentro do processador, o K6-III ainda permite um terceiro cache
de memória na placa-mãe.
Além disso, a grande vantagem do K6-III é utilizar placas-mãe "super 7",
ou seja, placas-mãe que utilizam o mesmo soquete do Pentium (soquete 7),
mas com barramento de 100 MHz. Esse é o tipo de placa-mãe atualmente
utilizado pelo K6-2. Clock's de 500, 533 e 550 Mhz.
Recurso
AMD-K6III (Super7)
Operações por ciclo de clock
6
Pipelines de inteiros
2
Pipelines de ponto flutuante
1
Decodificadores x86 completos
1
Tamanho do cache L1
64KB
Tamanho do cache L2
256 KB (no chip)
Velocidade do barramento do sistema
66 a 100 MHz
Largura máxima de banda do barramento 800 MB/s
34
Transações principais de barramento
2 por processador
Tipo de clock
Clock comum
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Instruções de otimização de 3D
- No total de instruções
- PF SIMD precisão simples
- 4 operações PF por clock
- Controles de cache/prefetch
- Controles de fluxo de dados
- Extensões DSP/comm
3DNow!
21
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Suporte de multiprocessamento
Sim, compartilhado
Máx. processadores do sistema
Ilimitado (por chipset)
No de transistores por die
~21 milhões
Duron
Anteriormente conhecido por seu nome-código Spitfire (ou Athlon Select), ele
é um processador Athlon destinado a micros baratos, concorrendo diretamente
com o Celeron da Intel.
Possui um cache L2 integrado dentro do processador (trabalhando na mesma
freqüência de operação interna do processador), mas de apenas 64 KB. Mas é
bem provável que mesmo assim o Duron seja muito mais rápido do que o
Celeron, já que o cache L1 do Celeron é de apenas 32 KB, enquanto que esse
circuito do Duron é de 128 KB. Em outras palavras, apesar de o cache L2 do
Duron ser menor que o do Celeron, o cache L1 é maior.
Mas a grande característica que diferencia o Duron de todos os demais
processadores existentes hoje no mercado é o uso de um novo padrão de
pinagem, chamado soquete A, que é um soquete de 462 pinos parecido com o
usado pelo Celeron (que tem 370 pinos e, logo, incompatível). Isso significa
que o Duron necessita de placas-mãe que usem esse novo tipo de soquete.
Isto é, não dá para fazer upgrade de qualquer outro processador para o Duron
trocando-se apenas o processador, mesmo que seu processador atual seja da
AMD. Ele é alimentado com 1,5V
Barramento de Alta Velocidade:
O processador AMD Duron dispõe de barramento front side de 200 MHz. Este
barramento de alta velocidade oferece performance superior em aplicações de
uso intensivo de dados, como MP3, decodificação de DVD por software e
pacotes de edição de vídeo. Além disso, ele tem espaço para suportar
periféricos que exigem grande largura de banda - bem como outras
tecnologias emergentes -sem penalizar a performance.
Felipe Tusset
35
Evolução dos Processadores
Sofisticada Arquitetura de Cache:
A sofisticada arquitetura de cache do processador AMD Duron oferece 192
KB incorporados. Esta maior quantidade de cache incorporado e sua sofisticada
arquitetura oferecem performance superior na grande maioria das aplicações.
Unidade de Ponto Flutuante (FPU) Superescalar com Tecnologia 3DNow!
Aprimorada:
O processador AMD Duron oferece 3 pipelines de ponto flutuante. Esta
excepcional capacidade de processamento matemático, aliada à tecnologia
3DNow! aprimorada da AMD, permite ao processador oferecer superior
desempenho em aplicações que utilizam multimídia e conteúdo de ponto
flutuante.
Velocidades de Clock
600, 700, 750,
800, 850 e 900
Mhz
Total de Cache L1 + L2 192 KB
Incorporado ao Chip
Velocidade do Barramento 200 MHz
do Processador
Pipelines de Ponto Flutuante 3
Athlon
Também chamado de K7 micro-arquitetura de sétima geração e o
barramento de sistema de largura de banda grande do processador AMD
Athlon permitem que ele alcance níveis de desempenho nunca antes atingidos
por um processador x86. O processador AMD Athlon ultrapassa de maneira
36
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
significativa os processadores x86 de gerações anteriores, incluindo a família
de produtos Pentium® III da Intel, e fornece o mais elevado desempenho
existente para inteiros, ponto flutuante e multimídia 3D para plataformas x86.
• Clock's 700, 850, 900 e 950 Mhz, 1, 1.1, 1.13, 1.2, 1.3 e 1,33 Ghz
• Micro-arquitetura:
•
•
•
•
O processador AMD Athlon possui uma microarquitetura superescalar de nove estágios em estrutura super-pipelined
otimizada para altas freqüências de clock. O AMD Athlon contém um total
de nove pipelines de execução: três para cálculos de endereços, três
para cálculos de números inteiros e três para a execução de instruções
x87 (ponto flutuante), 3DNow! e MMX™ .
Barramento do Sistema: O barramento do sistema AMD Athlon é o
primeiro barramento de sistema de 200 MHz para plataformas x86, além
de ser o mais rápido barramento de processador x86 existente–
fornecendo o dobro da largura de banda máxima do barramento de 100
MHz usado pelo Pentium III. O barramento de sistema do AMD Athlon é
projetado para multiprocessamento escalonável e alavanca a tecnologia
de barramento Alpha™ EV6 de alto desempenho da Digital para permitir
um desempenho do sistema sem precedentes. Ao contrário do projeto de
barramento compartilhado de pouca largura de banda limitada do
Pentium III, o barramento de sistema AMD Athlon usa uma arquitetura
ponto-a-ponto para fornecer largura de banda superior para plataformas
x86 de uniprocessamento e multiprocessamento.
Máquina de Ponto Flutuante: O processador AMD Athlon inclui a primeira
máquina de ponto flutuante super-escalar e inteiramente em pipeline
para plataformas x86. O recurso de ponto flutuante resultante é o mais
poderoso já fornecido em um processador x86, e compete com o
desempenho de muitos processadores RISC usados em estações de
trabalho e servidores.
Tecnologia 3DNow!™ Otimizada: A tecnologia 3DNow! otimizada do
processador AMD Athlon leva o desempenho multimídia 3D a novas
alturas e se baseia nas 21 instruções da tecnologia 3DNow! original–o
primeiro conjunto de instruções x86 a usar técnicas de ponto flutuante
SIMD super-escalares. A tecnologia 3DNow! Otimizada adiciona 24 novas
instruções–19 para otimizar os cálculos matemáticos com inteiros do
MMX™ e aperfeiçoar a movimentação de dados para aplicativos de
transmissão de dados pela Internet e 5 extensões DSP para aplicativos
soft modem, soft ADSL, Dolby Digital e MP3. Este novo recurso DSP do
AMD Athlon não é suportado pelo Pentium III.
Arquitetura do Cache: O AMD Athlon compreende o maior cache L1 (total
de 128KB) para plataformas x86. O AMD Athlon apresenta também um
controlador de cache L2 traseiro de 64 bits de alta velocidade que
suporta tamanhos de cache L2 que variam de 512KB a maciços 8MB.
Este projeto superior de cache tira vantagem do barramento de sistema
de alta velocidade do processador e minimiza estreitamentos de largura
de banda.
Felipe Tusset
37
Evolução dos Processadores
Recurso
Athlon AMD (Slot A)
Operações por ciclo de clock
9
Pipelines de inteiros
3
Pipelines de ponto flutuante
3
Decodificadores x86 completos
3
Tamanho do cache L1
128KB
Tamanho do cache L2
512 KB a ~8MB MB
Velocidade do barramento do sistema
200 MHz (escalável
400+ MHz)
Largura máxima de banda do barramento
1,6 a 3,2 GB/s+
Transações principais de barramento
24 por processador
Tipo de clock
Síncrona com a origem
(Repetição de clock)
Instruções de otimização de 3D
- No total de instruções
- PF SIMD precisão simples
- 4 operações PF por clock
- Controles de cache/prefetch
- Controles de fluxo de dados
- Extensões DSP/comm
3DNow!™ Otimizado
45
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Suporte de multiprocessamento
Sim, ponto-a-ponto
Máx. processadores do sistema
Ilimitado (por chipset)
No de transistores por die
~22 milhões
Recurso
Recurso de ponto flutuante
(recurso básico AMD)
para
3DNow!
SIMD 21
(instruções 3DNow! originais)
Movimentação de dados e ampliação 19 (novas instruções)
(de integrais) MMX
Extensões de comunicação DSP
5
- No total de instruções
45
(novas instruções)
Processador Athlon: resumo da principais característica e inovações:
• A
primeira micro-arquitetura de processador x86 super-escalar em
superpipeline de nove estágios projetada para altas freqüências de clock
• Múltiplos decodificadores paralelos de instruções x86
• Três unidades de execução de ponto flutuante totalmente em pipeline
super-escalares e sem ordem, que executam todas as instruções de x87
(ponto flutuante), MMX e 3DNow!
• Três unidades de inteiros em pipeline super-escalares e sem ordem
38
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
• Três unidades de cálculo de endereço em pipeline super-escalares e sem
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ordem
Unidade de controle de instruções de 72 entradas
Previsão de desvios dinâmica avançada
Tecnologia 3DNow! Otimizada para um desempenho 3D de primeira
ordem
21 instruções 3DNow! originais–a primeira tecnologia a permitir SIMD
super-escalar
19 novas instruções para capacitar cálculos matemáticos melhorados
com inteiros para codificação de voz ou vídeo e movimentação de dados
melhorada para plug-ins de Internet e outros aplicativos de transmissão
5 novas instruções DSP para aprimorar aplicações de soft modem, soft
ADSL, som surround Dolby Digital e MP3
Compatível com Windows 98, Windows 95 e Windows NT 4.x sem
correção de software
O barramento de sistema de 200 MHz do AMD Athlon (escalável para
além de 400 MHz), permitindo largura de banda de sistema de primeira
linha para aplicativos com movimentação intensa de dados
Tecnologia de clock síncrono com a origem (repetição de clock)
Suporte para ECC de 8 bits para integridade do barramento de dados
Largura máxima de banda de 1,6 a 3,2 GB/s
Suporte para multiprocessamento: topologia ponto-a-ponto, com o
número de processadores em sistemas SMP determinado pela
implementação do chipset
Suporte para 24 transações importantes por processador
Arquitetura de cache de alta -performance com um cache L1 integrado
de 128 KB e uma interface de cache traseiro L2 programável de alta
velocidade
Projeto de infra-estrutura de Slot A baseado em plataformas otimizadas
de alto desempenho
Disponível em cartucho de processador com dimensões mecânicas
comparáveis ao Pentium III
Alavanca a infra-estrutura de PC Slot 1 física/mecânica existente,
incluindo conector mecânico, mas com diferentes protocolos de
barramento e definições elétricas
Interface elétrica compatível com barramento de sistema AMD Athlon de
200 MHz, baseado no protocolo de barramento Alpha EV6
Suportado por uma linha completa de soluções de infra-estrutura Slot A
otimizada (chipset's, motherboards, BIOS)
Tamanho do die: aproximadamente 22 milhões de transistores em die de
184 mm2 com tecnologia de processamento de 0,25 mícron
Fabricado com a tecnologia de processamento de última geração de 0,25
mícron e seis camadas de metal da AMD na fábrica de wafers Fab. 25 da
AMD
Existe uma nova versão do processador Athlon, nome-código Thunderbird, que
não tem um novo nome comercial e está sendo chamado simplesmente de
"novo Athlon" pela AMD. Esse processador tem 256 KB de memória cache L2
Felipe Tusset
39
Evolução dos Processadores
trabalhando na mesma freqüência de operação do processador e usa o soquete
A, o mesmo tipo de soquete que o processador Duron.
Apesar de o novo Athlon ter menos memória cache que o Athlon
convencional, é bem provável que ele seja mais rápido, já que estará sendo
acessado na mesma freqüência de operação do processador e não na metade
desta, como ocorre no Athlon convencional..
Há ainda a previsão do lançamento de processadores AMD com freqüência
de operação externa de 266 MHz até o final do ano. Com certeza esses 266
MHz serão obtidos da mesma forma que o Athlon e o Duron obtém os seus 200
MHz, isto é, usando a tecnologia DDR (Double Data Rate). Funciona da
seguinte forma: normalmente, os processadores só transferem dados na
subida do pulso de clock, isto é, quanto ele passa de 0 para 1. Os
processadores Athlon e Duron transferem dados tanto na subida quanto na
descida do pulso de clock (quando o clock passa de 1 para 0). Dessa forma,
em vez de transferir um dado por pulso de clock, esses processadores
transferem dois. Por isso que, apesar de fisicamente a freqüência de operação
desses processadores ser de 100 MHz, dizemos que eles têm uma freqüência
de operação de 200 MHz (na verdade eles obtém um desempenho igual a se
estivessem trabalhando a 200 MHz). O mesmo ocorrerá com a freqüência de
266 MHz: os processadores trabalharão a 133 MHz externamente transferindo
dois dados por pulso de clock, dobrando o desempenho (ou seja, trabalhando
como se estivessem a 266 MHz).A AMD está ainda trabalhando em uma nova
versão do Athlon, nome-código Mustang, que terá até 1 MB de memória cache
dentro do processador.
Processador
Taxa de transferência do barramento local (em MB/s)
40
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
VIA Cyrix
A Cyrix desenvolveu seus próprios processadores do início ao fim sem
tecnologia da Intel. No entanto, a Intel ainda afirma que o design da Cyrix
viola suas patentes. A solução da Cyrix para esse impasse legal foi, em lugar
disso, produzir seus dispositivos em fabricantes que tivessem acordos de
licença de patente com a Intel. Este procedimento parece ter funcionado.
assim como a AMD, a Cyrix também está buscando um caminho para novos
design que não infrinjam a lei. A estratégia inicial de marketing da Cyrix era
não produzir clones exatos dos processadores Intel. Seus produtos na verdade
híbridos de processadores 386 e 486.
Atualmente a Cyrix pertence a VIA Technologies Inc, e passa a se chamar
VIA Cyrix.Com essa compra, ao que tudo indica a VIA terá força suficiente para
combater, de frente, a Intel e a AMD. Integrated Device Technology
Todos os processadores na tabela 1 são semelhantes ao 486, os que os
diferenciam é os tornam mais rápidos são, pipelines de cinco estágios, o que
permite que sejam executadas muitas instruções em ciclos únicos de clock.
Além disso, foi acrescentado pequenos caches de instrução e de dados de 1Kb.
Slot's de encaixe são idênticos aos do 486 da Intel.
Processador
(Cyrix)
Classe
de
Pinagem Cache
Processador
Cx486slc
486
i386SX
1 Kb I/D Não
2Cx486DLC
486
i386DX
1 Kb I/D Não
Cx486SLC2
486
i386SX
1 Kb I/D Sim
Cx486DRX2
486
i386DX
1 Kb I/D Sim
cX486SRx2
486
i386SX
1 Kb I/D Sim
Cx486s
486
i486SX
2 Kb
Não
Cx486S2
486
i486SX
2 Kb
Sim
Cx486DX
486
i486DX
8 Kb
Não
Cx486DX2
486
i486DX2 8 Kb
Sim
M1
Idêntico ao K5 da AMD, mas sem problema de aquecimento.
Superescalar classe Pentium
Felipe Tusset
Duplicação de Clock
41
Evolução dos Processadores
6x86
Conexão em Soquete 7, mesma coisa que o Pentium só que a execução dele
não é por ordem especulativa, aumentando seu desempenho, 0.35 µm
operando a 32 bits. O cache de memória interno (L1) desse processador é de
64 KB e ele opera externamente a 66 MHz.
6x86 MX
Idêntico ao 6x86 mas com instruções MMX.
MII
MII é o novo nome do processador 6x86MX da Cyrix que, por questões de
marketing, resolveram trocar o nome.
O grande cuidado a ser tomado com
esse processador é a sua nomenclatura "PR", que indica a equivalência do
desempenho do processador a um Pentium MMX. Exemplo, um MII-PR300, que
trabalha internamente a 233 MHz, similarmente a um Pentium MMX - ou seja,
segundo o fabricante, esse processador teria um desempenho equivalente a
um Pentium MMX-300. Como não existe no mercado o processador Pentium
MMX-300, não pudemos comprovar se a nomenclatura "PR-300" é verdadeira
ou não.
Clock's
2x, 2.5x, 3x, 3.5x, 4x
L1 Cache
64-KByte; write-back; 4-way associativo, unificados Instrução e Dados
Bus
64-bit external data bus; 32-bit pipelined address bus
Socket
Socket 7 (P55C)
FPU
80-bit com 64-bit de interface; execução paralela; instruções x87; compatível com IEEE-754
Voltagem
2.9V core com 3.3-volt I/O
Gerenciadores
Management Mode (SMM); hardware suspend; FPU auto-idle
de Força
Desempenho de Cyrix MII e do Intel Celeron
42
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
MIIe
Cyrix MIIe ("Cayenne"): O sucessor do 6x86MX ou MII. Além de trabalhar
externamente a 100 MHz e utilizar a tecnologia 3D, sua principal mudança em
relação aos processadores anteriores da Cyrix é que seu coprocessador
matemático foi redesenhado, já que o coprocessador do 6x86MX e do 6x86
possui performance inferior ao coprocessador matemático dos processadores
Intel e AMD.
Media Gx
Para computadores baratos, tem recursos como processador de vídeo,
controle dos slot's PCI, áudio e memória no próprio chip, sua única diferença é
o preço, seu núcleo possui 0,25 µm, opera a 32 bits, MMX, sua freqüências
internas são de 266Mhz ou mais.
Placas Mãe usando o Cyrix Media Gx
Felipe Tusset
43
Evolução dos Processadores
Cyrix III
Recentemente a VIA anunciou o lançamento de seu primeiro processador,
chamado Cyrix III. Esse processador é o primeiro processador não Intel a usar
o padrão de pinagem soquete 370, isto é, ele usa o mesmo tipo de placa-mãe
originalmente projetada para o processador Celeron, da Intel.
Internamente, o Cyrix III tem 128 KB de memória cache L1 e 256 KB de
memória cache L2, trabalhando na mesma freqüência de operação interna do
processador, é fabricado em forma de soquete, usando a mesma placa-mãe
projetada para o Celeron (soquete 370). Na tabela a seguir você compara as
características internas dos processadores concorrentes do Cyrix III,
lembrando que, quanto maior o tamanho do cache de memória, mais rápido é
o processador. Outras características do Cyrix III incluem o uso da tecnologia
MMX e da tecnologia 3DNow! núcleo com 0.18µm. Operando de 500 a 700Mhz,
com consumo médio de 10Watts.
Via C3
Com nova tecnologia de núcleo com 0.15µm, ele pode ter melhor
performance com baixo consumo de energia e menor tamanho, usa o padrão
de pinagem soquete 370, isto é, ele usa o mesmo tipo de placa-mãe
originalmente projetada para o processador Celeron, da Intel, com 192Kb de
cache L1+L2, ele é considerado o menor processador com 52mm2.
Inicialmente operando nas velocidades de 733MHz e 750MHz com 128Kb L1 e
64Kb L2 acessados na velocidade do processador. Suporta freqüência de 66,
100 e 133Mhz no barramento externo, compatível com MMX e 3DNOW!
44
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Transmeta
1
Crusoe
Os processadores Crusoe são usados principalmente pelas empresas de
computadores portáteis. Tabela abaixo mostra as especificações dos modelos
Crusoe.
TM3200
TM5400
TM5600
Velocidades (Mhz)
333-400MHz
500-700MHz
500-700MHz
L1 Cache
96KB
128KB
128KB
256KB
512KB
L2 Cache
Memória
Atualização
Memória
SDRAM
(66
133MHz)
de
to DDR-SDRAM (100 DDR-SDRAM (100
to 166MHz)
to 166MHz)
SDRAM
(66
133MHz)
to SDRAM
(66
133MHz)
Ponte Norte
Integrada
Integrada
Integrada
Package
(estrutura)
474 BGA
474 BGA
474 BGA
to
Crusoe TM3200
O TM3200 é usado principalmente em computadores moveis com acesso a
internet ele é designado para operar com Web Browser's com baixo consumo
de energia. É usado também em computadores Laptop com Linux, possuí um a
capacidade de entrar em stand-by automaticamente com consumos de
somente 20 mW.
Crusoe TM5400/TM5600
O TM5400/TM5600 resolve os problemas das baterias de curta vida com
consumos máximos de 60 mW auto regulados. Usado em computadores
desktop ele roda sem problemas aplicativos Windows e Linux com desempenho
Felipe Tusset
45
Evolução dos Processadores
superior para decodificação de DVD's, consumindo 2W a mais quando
decodificando.
TM3200
TM5600
Crusoe na placa mãe (TM5400)
46
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
IDT
Integrated Device Technology
WinChip-2
Desempenho de processamento: O desempenho de processamento do
WinChip-2 é similar ao do Celeron-A, porém bem inferior ao desempenho
obtido pelos processadores K6-2 e ao Pentium II. Todavia, é importante notar
que o WinChip-2 não é um processador destinado a micros de alto
desempenho, mas sim micros baratos. Dessa forma, o WinChip-2 briga de
frente com o processador Celeron da Intel, oferecendo uma alternativa mais
atraente para micros baratos.
Utiliza pinagem soquete 7 (o mesmo padrão do Pentium, Pentium MMX, MII,
K6, K6-2 e K6-III) e possui os mesmos recursos do K6-2 da AMD. Trabalha
externamente a 100 MHz e possui a tecnologia 3DNow!. Possui o coprocessador e a sua unidade MMX em arquitetura superescalar, o que permite
que duas instruções MMX ou matemáticas possam ser executadas
simultaneamente. Da mesma forma que o K6-2, alguns modelos do WinChip-2
trabalham externamente a 66 MHz.
Alimentado com 3,52 V, os modelos de 66 MHz podem ser instalados em
qualquer placa-mãe originalmente desenhada para o processador Pentium, ou
seja, qualquer placa-mãe soquete 7 aceita os processadores WinChip-2 de 66
MHz. Já os modelos de 100 MHz necessitam obrigatoriamente de placas-mãe
Super7, que são placas-mãe soquete 7 que operam a 100 MHz. Além disso, o
uso de memórias PC-100 é imprescindível. Na hora da escolha de uma placamãe para os modelos de 100 MHz, você deverá verificar se a placa-mãe é
capaz de alimentar o processador com 3,52V.
Modelo freqüência de operação interna freqüência de operação externa
WinChip-2-200 200MHz 66MHz.
WinChip-2-233 233MHz 66MHz.
WinChip-2-266 233MHz 100MHz.
WinChip-2-300 250MHz 100MHz.
WinChip-3
Processador com 128 KB de cache L2 integrado. O WinChip-3 continuará
sendo destinado a placas-mãe Super7 e, com isso, ele poderá utilizar o cache
de memória existente na placa-mãe como um cache L3, o que aumentará
muito o seu desempenho. Essa mesma arquitetura é utilizada pelo processador
K6-III da AMD.
Felipe Tusset
47
Evolução dos Processadores
WinChip C6
Existem 2 modelos um que pode ser acoplados em Socket 7 e Socket 5
ambos possuindo mesmas especificações. Clock único de 200MHZ, estilo x86,
com tamanho (núcleo) 88mm2 a 0.35mícron, usa cincos estágios de execução
Pipeline. Usa uma arquitetura simplificada de execução de código que aumenta
sua performance, possui 5.4 milhões de transistores.
WinChip C6+
Processador com baixo consumo de energia, estilo x86, com tamanho de
90mm2, tecnologia de 0.30mícron e usada cinco estágios de execução de
pipeline. Vem com 56 novas instruções e MMX, opera a clock's de 266 a
300Mhz, compatível com Socket 7, possui 5.8 milhões de transistores.
48
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Texas Instruments
A TI era uma fonte alternativa para os dispositivos 486SLC e DLC da Cyrix, e
também desenvolveu suas próprias versões com caches maiores e interface de
barramento PCI incorporado. Os últimos processadores fabricados por essa
empresa TI486SXL2 e SXLC2, ambos com clock's duplicados, aceitando um
cache de 8kb. O dispositivo SXL é um dispositivo de pinagem 486, e o SXLC é
um despositivo de pinagem i386SX. Todos possuindo versões de 3,3V,
operando a velocidades de até 40Mhz.
X86 da IBM
Acordos com a Intel permitem que a IBM tenha acesso aos design 386 e
486, mas a impedem de vende-los sozinhos, eles precisam estar montados em
placas ou em módulos. A IBM desenvolveu 3 produtos básicos : o 386SLC, o
486SLC2 e o Blue Lighting. O 386SLC era um processador semelhante ao 486
com um cache de 8Kb num gabinete de pinagem 386SX da Intel, e opera a 20
e 25 Mhz. O 486SLC2 era o mesmo processador Intel 486 mas com 16Kb de
cache, operando a 66Mhz internamente. Esse dispositivo era também
comercializado na pinagem 386SX da Intel. O Blue Lighting era semelhante ao
486, mas foi recondicionado na pinagem do 386 da Intel, trabalhando de 75 a
100 Mhz, Atualmente a IBM fabrica somente processadores com tecnologia
RISC.
NexGen
Em 1993, a NexGen produziu um conjunto de chips que chamou de NX586,
que não oferecia vantagem sobre o Pentium da Intel, composto de um único
chip. Desde então, o conjunto o conjunto de chip's da NexGen encolheu de
tamanho, e acabou se formando um dispositivo de chip único fabricado pela
IBM e que utilizava uma tecnologia de 0,5 mícron. Ele oferece pouco em
termos de desempenho e competiu apenas no preço. Esse processador não
chegou a ocupar lugar no mercado pois não era compatível com principais
novidades, exemplo PCI.
Felipe Tusset
49
Evolução dos Processadores
Processadores Para o Próximo Milênio
Postulados de Von Neumann
Von Neumann, que trabalhou no desenvolvimento do ENIAC e posteriormente
empregou sua experiência no projeto do IAS (1952), elaborou as idéias e os
conceitos que nortearam a arquitetura dos computadores até os dias de hoje.
Seu entendimento é essencial para apreciarmos a atual evolução dos
computadores. Iniciemos constatando, de forma óbvia, que as máquinas que
usamos nas nossas casas possuem quatro elementos básicos: a CPU, a
memória, os dados e as instruções (ou programas). A partir daí, apresentamos
os três postulados básicos de von Neumann, que no momento podem parecer
triviais, mas que não o eram na década de 50:
1. Um único controle centralizado (uma só CPU);
2. Uma única memória para dados e instruções; e
3. As instruções devem fazer operações elementares sobre os dados.
Cerca de 90% dos computadores atuais usam esses postulados e por isso são
chamados de “Arquitetura de von Neumann”, ou “Arquitetura Serial”, pois
empregam um único processador. Essa arquitetura, aliada aos avanços da
microeletrônica, ofertou-nos o atual mercado de computadores, rápidos e
baratos. Porém, tal arquitetura enfrenta um limite de velocidade que é ditado
pelas leis da física. O tempo que um sinal elétrico gasta para trafegar entre
dois pontos de um circuito eletrônico é muito pequeno, porém não é igual a
zero. Em outras palavras, isto corresponde a dizer que existe um limite para a
velocidade de relógio das CPU's e, infelizmente, ele não está muito distante.
Como então continuar com a evolução dos computadores? Essa é a pergunta
que tem ocupado a cabeça de muitos pesquisadores e desde a segunda
metade desta década, várias soluções foram propostas.
A principal resposta vem da comparação entre nosso cérebro e um
processador. É sabido que o sinal elétrico trafegando por dentro de um CI é
muito mais veloz que o trânsito de impulsos nervosos entre nossos neurônios.
É claro que, para fazer operações numéricas, comparar e classificar, o
computador é mais rápido. Mas, por outro lado, ele é inferior, pois não pensa,
não inova e não aprende, apenas segue passos programados. Por exemplo,
com um único olhar em uma sala identificamos imediatamente centenas de
objetos. Já um computador, mesmo o mais sofisticado, apenas consegue
identificar os objetos mais simples.
Somos capazes de dirigir um carro e enquanto andamos por nossas
(terríveis) estradas, temos habilidade para escolher o melhor caminho. Será
que um computador pode dirigir um carro? Uma das experiências no MIT com
um piloto computadorizado, que identificava a rua através das linhas paralelas
do meio fio, revelou um grande escalador de árvores, pois ele confundia o
contorno do meio fio com o contorno do caule das árvores.
Como será que o cérebro consegue ser superior aos processadores, se o
nosso neurônio é muito mais lento que um circuito eletrônico? A resposta é
óbvia: porque temos vários bilhões de neurônios operando em paralelo. Ora,
por que, ao invés de construirmos CPU's velozes e gigantescas, não usamos
50
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
várias CPU's, simples e confiáveis, operando em paralelo? Chegamos assim à
idéia básica do processamento paralelo, que é a esperança para o próximo
milênio
Processamento Paralelo
Sabemos então que devemos usar uma grande quantidade de processadores,
mas como controlá-los de forma a que façam alguma coisa de útil? Existem
grandes problemas! Para iniciar, vamos trabalhar o conceito de processamento
paralelo através de um exemplo bem simples. Se um pedreiro constrói uma
casa em um ano, então dois pedreiros constroem a mesma casa em meio ano.
Este é conceito básico do processamento paralelo: a divisão das tarefas.
Podemos seguir adiante e concluir que cem pedreiros gastam apenas 3,6 dias.
Será isto um absurdo?
É claro que há um limite, pois o trabalho dos pedreiros só será eficiente se
estiverem perfeitamente sincronizados e equilibrados. Este ponto é
importante: todos os pedreiros devem ter a mesma carga de trabalho. Em
termos técnicos, usa-se a expressão “Balanceamento da Carga de Trabalho”.
Esse balanceamento pode ser feito de dois modos. No primeiro modo, o
trabalho de cada pedreiro é idêntico, ou seja, cada um faz 1/100 da casa. No
outro modo é usado a especialização, ou seja, alguns pedreiros “viram”
cimento enquanto outros assentam tijolos e outros tratam do encanamento, e
assim por diante.
Ao imaginarmos todas as tarefas que devam ser executadas para a
construção da casa, fica claro que algumas delas não poderão ser
paralelizadas. Imagine 100 pedreiros para colocar um porta, ou 100 pedreiros
em cima da casa tentando montar o telhado. A casa acabaria por cair! Além
disso, deve haver um limite para a quantidade de pedreiros que podem
trabalhar em paralelo. A partir deste limite, quanto mais pedreiros colocamos,
pioramos o desempenho e em conseqüência, aumentamos o tempo de
construção.
Temos então dois grandes problemas: até quanto podemos paralelizar uma
tarefa e até quantos processadores devem ser alocados? A partir daí, surgem
outras questões: como sincronizar esses processadores de forma a que um
não repita o trabalho do outro e como garantir o balanceamento da carga de
trabalho? Agora temos condições de entender porque se diz que as dificuldades
presentes no projeto do hardware de máquinas paralelas não são tão
complexas quando comparados com os problemas de sua programação. Diz-se
que os computadores estão sempre uma geração atrasada em relação às
nossas necessidades e os programas, duas gerações atrasadas. Em suma, um
desafio maior que o projeto de supercomputadores é a sua programação.
Classificação de Computadores Paralelos
É muito difícil a tarefa de classificar computadores paralelos. Já foram feitas
diversas sugestões. A classificação definitiva ainda está por vir. Porém, a que
trouxe melhores resultados e ainda hoje é usada, é a proposta por Flynn. Essa
classificação está baseada em dois conceitos: fluxo de instruções e fluxo de
dados. O fluxo de instruções está relacionado com o programa que o
Felipe Tusset
51
Evolução dos Processadores
processador executa, enquanto que o fluxo de dados está relacionado com os
operandos manipulados por essas instruções. O fluxo de instruções e o fluxo
de dados são considerados independentes e por isso existem quatro
combinações possíveis.
SISD - Instrução Única, Dado Único (Single Instruction Single Data)
Essa arquitetura é usada nos computadores que temos em casa. Segue o
proposto por von Neumann e é por isso denominada de “Arquitetura de von
Neumann”, também chamado de computador serial. Temos um único fluxo de
instruções (SI), caracterizado pelo contador de programa da CPU, que opera
sobre um único dado (SD) por vez.
SIMD - Única Instrução, Múltiplos Dados (Single Instruction Multiple Data)
De início esta arquitetura paralela pode parecer estranha, mas como será
constatado adiante, ela não só é conhecida, como também já foi muito
utilizada.
Um grande exemplo desta arquitetura são os computadores Cray. Outro
exemplo é o conjunto de instruções MMX. Eles são muito usados quando um
mesmo programa deve ser executado sobre uma grande massa de dados,
como é o caso de prospeção de petróleo. Note que essa arquitetura não sofre
com problemas de sincronização, pois existe um único programa em execução.
MISD - Múltiplas Instruções, Dado Único (Multiple Instruction Single Data)
Essa arquitetura é um pouco mais difícil de ser explicada. Tentemos imaginar
como é que se pode fazer múltiplas operações (MI) sobre um mesmo dado
(SD). Os próprios pesquisadores têm opiniões divergentes sobre esse assunto.
MIMD - Múltiplas Instruções, Múltiplos Dados (Multiple Instruction Multiple
Data)
Essa é a arquitetura que esperaríamos encontrar em um computador
paralelo. Temos vários dados (MD) sendo operados por vários instruções (MI),
simultaneamente. Essa é a arquitetura mais usada pelos modernos
supercomputadores. Nesse caso, é importante que os processadores possam
se comunicar entre si para fazer a sincronização e trocar informações. Além
disso, é necessário ter uma memória, chamada de global, onde todos
processadores possam disponibilizar, para os demais, os resultados
intermediários.
Para evitar uma quantidade excessiva de acessos a essa memória, os
processadores possuem a chamada memória local, onde está a maioria das
suas instruções e dos dados que devam ser operados. Essa memória local evita
que a estrutura de comunicação se transforme num enorme gargalo. Os
processadores precisam trocar informações e, no caso desta figura, a própria
estrutura de comunicação se encarrega desta tarefa.
52
Felipe Tusset
Evolução dos Processadores
Agora sim é necessária a genialidade dos programadores, pois como
conseguir que uma estrutura deste tipo, imagine 1.024 processadores,
trabalhe de forma sincronizada para gerar algum resultado? Se já é difícil
escrever e depurar programas seriais, imagine fazer isso em um computador
com 1.024 diferentes programas trabalhando sobre 1.024 dados diferentes.
Ganho de Velocidade
Como medir o quanto se ganhou com a execução de uma tarefa em um
computador paralelo? É intuitivo que devemos usar o tempo de execução para
medir esse desempenho, já que nosso principal objetivo é aumentar a
velocidade de processamento. Uma solução boa é verificarmos a relação entre
os tempos gastos para executar essa tarefa em um computador serial e em um
computador paralelo. A expressão a seguir é usada para o cálculo do Ganho de
Velocidade, que é abreviado pela sigla GV.
Por exemplo, uma determinada tarefa, quando executada em um
computador convencional consome 200 s e quando executada em uma
máquina paralela (24 processadores) consome 10 s, então o ganho de
velocidade é GV = 200/10 = 20.
Gostaríamos que o Ganho de Velocidade fosse igual à quantidade de
Elementos de Processamento (EP) empregados, mas isso é raro de acontecer
pois quando se escreve um programa para rodar em máquinas paralelas,
invariavelmente se necessita colocar trechos extras (de programa) para
sincronização dos diversos EP e troca de informações. Esses trechos extras
recebem o nome de custo de paralelização. Dependendo da tarefa a ser
executada, pode haver uma necessidade de sincronização e troca informações
tão grande que venha a inviabilizar o processamento paralelo.
Lei de Amdhal
Apesar do quanto promissor a computação paralela possa parecer, ela não é
uma solução para todo o problema de processamento. Existem tarefas que são
eminentemente seqüenciais e que não tiram proveito de um computador
paralelo. Voltando ao nosso exemplo da construção de uma casa, apesar dela
ser executada em paralelo, existe por detrás uma seqüência que deve ser
obedecida. Nessa construção, não podemos fazer o telhado antes de termos as
paredes prontas e também não podemos construir as paredes antes do
alicerce. Assim, é comum que as tarefas a serem executadas possuam porções
paralelizáveis e porções que precisam ser executadas de forma seqüencial.
Note que um computador paralelo operando de forma seqüencial é um grande
desperdício, pois enquanto um processador trabalha no trecho serial, todos os
demais ficam ociosos.
Conclusão
O Processamento paralelo com certeza será um grande passo na evolução dos
computadores, mas ela está apenas "no ovo" e vai demorar algum tempo para
que realmente atinja resultados satisfatórios.
Felipe Tusset
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Evolução dos Processadores
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Felipe Tusset